Введение к работе
Актуальность проблеми. При проектировании оптических
систем поляризационных приборов (ПИ), в том числе при их точностном анализе, существует необходимость учета изменения состояния поляризации излучения оптическими элементами и системой с целом. Особую сложность представляет расчет влияния ориентации элементов оптических систем на состояние поляризации прошедшего излучения, что затрудняет выбор правильной установки элементов в оптическом канапе ПП и не позволяет производить всесторонний анализ качества изображения.
Расчет поляризационных характеристик оптических систем с произвольно ориентированными элементами позволяет повысить точность энергетического расчета прибора, поскольку от состояния' поляризации излучения зависит коэффициент пропускания системы, распределение интенсивности в сфокусированном на входной поверхности приемника пятне, а также чувствительность многих приемников оптического излучения.
Известны результаты исследования свойств изотропных и анизотропных плоскопараллельных пластинок при нормальном и наклонном падении поляризованного излучения на входную границу раздела сред. Известны поляризационные характеристики некоторых зеркальных элементов и призм в зависимости от угла падения излучения, материала призм и вида отражающего покрытия. Отсутствуют исчерпывающие исследования поляризационных свойств элементов оптических систем и типичных блоков ПП с точки зрения влияния изменения их пространственной ориентации на состояние поляризации излучения. Нет систематизированных материалов, посвященных анализу влияния пространственных поворотов оптических элементов на погрешность ПП.
Выполнение указанных исследований позволит создать теоретическую и экспериментальную базу для разработки приборов с заранее заданными характеристиками и параметрами.
Цель и задачи работы! Целью данной работы является качественная и количественная оценка' изменения параметров и эг.оогии поляризованного излучения, проходящего через элементы !* блоки оптических систем, в том числе при их произвольна- ! изменяющейся ориентации в пространстве, а также прове-;.," :d равкителького анализа составляющей инструментальной
погрешности ПП, построенных но различным схемам, обусловленной погрешностью взаимной ориентации или малыми независимыми поворотами блоков ПП.
Для достижения указанной цели необходимо:
исследовать поляризационные свойства зеркально-приз-менных систем (ЗЛО) при их исходной и изменяющейся во времени пространственной ориентации;
исследовать поляризационные свойства плоскопараллельных анивотропных двулучепреломляющих пластинок (фазовых пластинок) при их коллимационных поворотах;
исследовать поляризационные свойства пленочных поляроидов при их коллимационных поворотах;
исследовать типичные блоки ПП, построенных по встречной кашшаторной и автоколлимационной схемам, и рассчитать приборную погрешность, обусловленную малыми изменениями пространственной ориентации рассмотренных блокоь;
провести экспериментальные исследования по указанным выше вопросам.
Методы исследования. На основании проведенного автором сравнительного анализа известных методов описания поляризованного излучения и его преобразования в оптических средах в качестве основных методов аналитического исследования поляризационных свойств элементов оптических систем выбраны координатные матричные методы Джонса и Мюллера в сочетании с координатным описанием пространственной ориентации объектов с помощью углов Эйлера-Крылова. Расчет поляризационных и энергетических характеристик рассмотренных систем выполнен в соответствии с программой, адаптированной автором для работы на персональном компьютере. Проведены экспериментальные исследования поляризационных свойств оптических систем с произвольной ориентацией элементов в пространстве.
Научная новизна работм. Впервые представлен сравнительный анализ поляризационных свойств ряда элементов оптических систем ПП с произвольной и изменяющейся ориентацией в пространстве, что позволит осуществить синтез приборов, имеющих меньшую» величину погрешности по сравнению с известными ранее, а так&е составить'рекомендации по выбору параметров оптических элементов при разработке систем с заданными характеристиками.
Защищаемые положения.
1. Результати исследования поляризационных свойств изотропных .чн<"! при их исходной и изменяющейся ориентации. Получены матрицы Джонса рассмотренных ЗПС. использованные при их анализ*?. Представлены зависимости изменений параметров состоянии поляризации прошедшего излучения от свойств отражающих покрытий и от азимута линейно-поляризованного излучения (ДЛИ) на входе ЗПС.
?.. Рекомендации по выбору вида отражающего покрытия ЗПС и поляризационных параметров падающего на входную грань ЗПС излучения с целью минимизации изменений параметров поляризованного излучения на выходе ЗПС, обусловленных малыми независимыми поворотами ЗПС в пространстве.
0. Результаты исследования поляризационных свойств анизотропных плоскопараллельных пластинок при их коллимационных поворотах в пространстве. Представлены зависимости изменений параметров состояния поляризации прошедшего излучения от азимута ЛПИ на входе пластинки и от угла падения излучения на преломляют» поверхность пластинки.
-
Рекомендации по выбору условий минимизаций изменения параметров поляризации и энергии излучения на выходе произвольно ориентированных анизотропных элементоз.
-
Результаты исследования приемного блока ГОІ, содержащего 'поляроид- анализатор, защитное стекло и фотоприемник на основе изотропного полупроводника. Получены зависимости изменения энергии сигнала, прошедшего границу раздела воздух- кристалл фотоприемника, от азимута ЛПИ на входе приемного блока, угла падения излучения на преломляющую поверхность поляроида и величины коллимационных поворотов приемного блока.
-
Результаты исследования контрольного элемента (КЭ) в оптической системе автоколлимационного ПП, содержащего отражатель (плоское зеркало) и чувствительный элемент (фазовую четвертьволновую пластинку). Получены зависимости изменения энергии сигнала на выходе автоколлимационного ПП от азимута ЛПИ на входе КУ, угла падения излучения на преломляющую поверхность фазовой пластинки и величины коллимационных поворотов КЭ.
7. Сравнительный анализ погрешностей Ш1, построенного по.встречной коллиматорной схеме, и аетоколлимациомного ШТ. обусловленных пространственными'поворотами блоков ІПІ.
Практическая ценность: .
исследовано влияние изменения ориентации ряда элемен тов оптических систем и типичных блоков ПП на состояние поляризации и энергию излучения, что может найти применение при проектировании широкого круга fill;
выполнен сравнительный анализ приборной погрешности,-обусловленной малыми изменениями -пространственной ориентации отдельных элементов и олоков ПП, что позволит компенсировать ее при рстировке и в процессе эксплуатации Ш1;
получены результаты расчета поляризационных свойств оптических ристем, которые позволили исследовать ряд ЙПС с точки зрения их влияния на параметры поляризации и энергию излучения, а также осуществить выбор оптического канала ПП..
разработана программа для выполнения расчетов поляризационных свойств оптических систем на персональном компьютере, использованная в учебном прсдессе при подготовке лабораторного практикума. :
Реализация результатов работы отражена тремя актами внедрения результатов и программы расчета от трех предприятий и организаций, в том числе Каспийского завода- точной механики, Дагестанского государственного педагогического университета, УНТЦ "Техническая оптика".
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах "Применение опїико-электронных приборов и волоконной оптики в народном хозяйстве"(Москва, МДНТП, ,1989 г.). "Оптико-электронные методы и средства в контрольно-измерительной технике" (Москва, МДНТП, 1991 г.), а также на XXVIII научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ИТМО (Санкт-Петербург, 1995 г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 7 статей и тезисов.докладов. . .
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырехглав, заключения, библиографического списка и; 81 наименования и 3 приложений, содержит 187 страниц основного текста, 43 рисунка, 14 таблиц.
