en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-09-55-63
УДК: 681.7.013.8, 535.4
Установка для контроля характеристик качества зонной пластинки Френеля с круглыми отверстиями
Полный текст на elibrary.ru
Публикация в Journal of Optical Technology
Леонов М.Б., Серегин Д.А., Грибова Н.Ю. Установка для контроля характеристик качества зонной пластинки Френеля с круглыми отверстиями // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 09. С. 55–63. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-09-55-63
Leonov M.B, Seregin D.A., Gribova N.Y. Measurement setup for quality control of Fresnel zone plate with pinholes [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 9. P. 55–63. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-09-55-63
Предмет исследования. Зонная пластинка Френеля, кольцевые зоны которой образуются посредством круглых отверстий, известная также как «фотонное сито», и установка для контроля ее характеристик качества. Цель работы — рассмотрение перспективы применения зонной пластинки Френеля типа «фотонное сито» для оптико-электронных приборов, разработка схемы контроля, изготовление макета установки для контроля характеристик зонной пластинки Френеля, оценка выбранного метода изготовления и практической применимости изготовленных образцов. Метод. Анализ уровня развития зонной пластинки Френеля типа «фотонное сито» для применения в оптико-электронных приборах. Определение характеристик качества изготовленных зонных пластинок на макете установки и сравнения с расчетными характеристиками. Основные результаты. Рассмотрены перспективы применения зонной пластинки Френеля с круглыми отверстиями для создания оптико-электронных приборов. Исследованы образцы, разработанные для проверки доступных методов изготовления «фотонного сита», а также проведена оценка их практической применимости. Предложена схема установки для контроля «фотонного сита» с учетом низкой энергетической эффективности, реализующая стандартизированные методы контроля функций рассеяния точки, рассеяния линии, передачи модуляции. Создан макет установки на базе интерферометра в качестве источника монохроматического излучения и анализирующего узла на базе цифровой камеры. Проведена апробация макета установки для контроля функций рассеяния точки, рассеяния линии, передачи модуляции образцов зонной пластинки Френеля. Проведено сравнение экспериментальных данных с расчетными. Из результатов сравнения видно, что побочные максимумы функции рассеяния линии значительно выше их расчетных значений, но, тем не менее, ширина главного максимума расчетной и экспериментальной функции рассеяния линии в диапазоне уровней от 0,1 до 1 отн. ед. совпадают с погрешностью, не превышающей размер пиксела цифровой камеры анализирующего узла. Практическая значимость. Несмотря на то, что полученные образцы зонной пластинки Френеля и не удовлетворяют современным требованиям к характеристикам изображающих оптических систем, сама идея применения «фотонного сита» для создания сверхлегких систем космического базирования представляется довольно перспективной. В будущем стоит рассмотреть другие варианты изготовления, которые позволят создать экспериментальные образцы с большей точностью расположения отверстий. Кроме того, уже есть разработки, позволившие достигнуть значительно более высокой энергетической эффективности, что в будущем может обеспечить практическое применение «фотонного сита» и в области космического приборостроения. Схема установки для исследования текущих образцов зонной пластинки Френеля с низкой энергетической эффективностью получилась работоспособной, что было подтверждено при ее испытаниях на макете установки, работающем на длине волны 0,6328 мкм. При совершенствовании технологии изготовления и создании более светосильных зонных пластинок Френеля могут быть усовершенствованы и методы, и схемы контроля для обеспечения достоверных результатов контроля характеристик качества зонных пластинок Френеля.
дифракционные элементы, зонная пластинка Френеля, фотонное сито, оптические измерения, функция рассеяния линии, функция передачи модуляции, энергетическая эффективность
Коды OCIS: 120.4630, 120.4820, 050.1965
Список источников:1. Бобров С.Т., Грейсух Г.И., Туркевич Ю.Г. Оптика дифракционных элементов и систем. Л.: Машинстроение, ЛО, 1986. 223 с.
Bobrov S.T., Greisukh G.I., Turkevich Yu.G. Optics of diffractive elements and systems [in Russian]. Leningrad: “Mashinostroenie” Publ., 1986. 223 p.
2. Горбунов Г.Г., Еськов Д.Н., Парпин М.А. и др. Использование современных технологий при создании оптико-электронных систем // Изв. вузов. Приборостроение. 2021. Т. 64. № 2. С. 126—136.
Gorbunov G.G., Eskov D.N., Parpin M.A., et al. The use of modern technologies in the creation of optoelectronic systems [in Russian] // J. Instr. Eng. 2021. V. 64. № 2. P. 126–136.
3. Asmolova O., Andersen G.P., Cumming M.A. Photon sieves for creating and identifying orbital angular momentum of light // Proc. SPIE. V. 10120. Complex Light and Optical Forces XI (February 27, 2017). P. 1012009. https://doi.org/10.1117/12.2249626
4. Andersen G. Membrane photon sieve telescopes // Appl. Opt. 2010. V. 49. P. 6391–6394. https://doi.org/10.1364/AO.49.006391
5. Kim H.J., Hariharan S., Julian M., et al. Technology and opportunities of photon sieve CubeSat with deployable optical membrane // Aerospace Sci. and Technol. 2018. V. 80. P. 212–220. https://doi.org/10.1016/J.AST.2018.07.005
6. MacEwen H.A., Breckinridge J.B. Large diffractive/refractive apertures for space and airborne telescopes // Proc. SPIE. V. 8739. Sensors and Systems for Space Applications VI (May 21, 2013). P. 873904 https://doi.org/10.1117/12.2015457
7. Cunningham C.R., Evans C.J., Molster F., et al. Innovative technologies for optical and infrared astronomy // Proc. SPIE V. 8450. Modern Technologies in Space- and Ground-based Telescopes and Instrumentation II (September 13, 2012). P. 845031. https://doi.org/10.1117/12.925573
8. Кружалов С.В., Лавров А.П., Леонов М.Б. и др. Моделирование и экспериментальное исследование фокусирующих свойств двумерной зонной пластинки Френеля при синтезе ее колец набором малых отверстий // VII Междунар. конф. по фотонике и информационной оптике: Сб. науч. тр. М.: изд. НИЯУ МИФИ, 2018. C. 150–151.
Kruzhalov S.V., Lavrov A.P., Leonov M.B., et al. Modeling and experimental investigation of focusing properties of two-dimensional Fresnel plate in its rings synthesis by many small holes [in Russian] // Proc. VII Internat. Conf. "Photonics and Information Optics". Moskow: NRNU MEPhI Publ., 2018. P. 150–151.
9. Roose S., Stockman Y., Derauw D., et al. The challenges for large light-weight diffractive lenses for space telescopes // Proc. SPIE V. 10563. Internat. Conf. on Space Opt. — ICSO 2014 (November, 17 2017). P. 105635Y. https://doi.org/10.1117/12.2304140
10. Kipp L., Skibowski M., Johnson R., et al. Sharper images by focusing soft X-rays with photon sieves // Nature. 2001. V. 414. P. 184–188. https://doi.org/10.1038/35102526
11. Serre D. L’Imageur Interférométrique de Fresnel: Un instrument spatial pour l’observation à haute résolution angulaire [en français] // PhD thesis. Université Toulouse III – Paul Sabatier. France, 2007. 199 p.
12. Jian Zhang, Mengjuan Li, Ganghua Yin, et al. Fabrication of large-aperture, high efficiency, Fresnel diffractive membrane optic for space telescope // Proc. SPIE. V. 9682. 8th Internat. Symp. Advanced Optical Manufacturing and Testing Technologies: Large Mirrors and Telescopes (October, 24 2016). P. 96820O. https://doi.org/10.1117/12.2242266
13. Wenbo Sun, Yongxiang Hu, MacDonnell D.G., et al. Fully transparent photon sieve // Opt. Exp. 2017. V. 25. № 15. P. 17356–17363. https://doi.org/10.1364/OE.25.017356
14. Wenbo Sun, Yongxiang Hu, MacDonnell D.G., et al. Fully reflective photon sieve // J. Quantitative Spectrosc. and Radiative Transfer. 2018. V. 206. P. 101–104. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2017.11.002
15. Julian M.N., MacDonnell D.G., Gupta M.C. High-efficiency flexible multilevel photon sieves by single-step laser-based fabrication and optical analysis // Appl. Opt. 2019. V. 58. № 1. P. 109–114. https://doi.org/10.1364/AO.58.000109
16. Августинович К.А. Основы фотографической метрологии. М.: Легпромбытиздат, 1990. 288 с.
Avgustinovich K.A. Foundations of photographic metrology [in Russian]. Moscow: “Legprombytizdat” Publ., 1990. 288 p.
17. ГОСТ Р 58566-2019 Оптика и фотоника. Объективы для оптико-электронных систем. Методы испытаний Введ. 27.09.2019. М.: Стандартинформ, 2019. 31 с.
GOST R 58566-2019 Optics and photonics. Lenses for optical-electronic systems. Test methods. [in Russian] Introduction 09/27/2019. Moscow: “Standartinform” Publ., 2019. 31 p.
18. Леонов М.Б. Особенности разработки установок для измерения характеристик качества оптических систем видимого диапазона спектра // Оптический журнал. 2019. Т. 86. № 5. С. 11–16.
Leonov M.B. Features of the development of systems for measuring the quality characteristics of optical systems of the visible spectrum // J. Opt. Technol. 2019. V. 86. № 5. P. 268–272. https://doi.org/10.1364/JOT.86.000268
19. Шульман М.Я. Измерение передаточных функций оптических систем. Л.: Машиностроение, 1980. 208 с.
Shulman M.Ya. Measurement of transfer functions of optical systems. [in Russian] Leningrad: “Mashinostroenie” Publ., 1980. 208 p.
20. Кирилловский В.К Современные оптические исследования и измерения: учеб. пособ. СПб.: изд. «Лань», 2010. 304 с.
Kirillovskiy V.K. Modern optical studies and measurements [in Russian] St. Petersburg: “Lan” Publ., 2010. 304 р.