Моделирование ламинированной радиальноградиентной линзы; расчёт и достижимые характеристики двухдиапазонного инфракрасного триплета с такой линзой

Грейсух Г.И., Левин И.А., Ежов Е.Г. Моделирование ламинированной радиально-градиентной линзы; расчёт и достижимые характеристики двухдиапазонного инфракрасного триплета с такой линзой // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 10. С. 34–42. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-10-34-42

Greisukh G.I., Levin I.A., Ezhov E.G. Modeling of a radial laminated grin lens; design and achievable performances of a dual-band infrared triplet with such lens [in Russian] //Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 10. P. 34–42. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-10-34-42

Предмет исследования. Исходная схема оптической системы, включающая тонкие однородные линзы и бесконечно тонкую модель толстой радиально-градиентной линзы, а также высокоапертурный двухдиапазонный инфракрасный триплет, рассчитанный с использованием этой исходной схемы. Цель работы. Представить этапы расчёта оптической системы с коаксиально-ламинированной радиально-градиентной линзой и продемонстрировать потенциальные возможности высокоапертурного двухдиапазонного инфракрасного объектива, состоящего из двух однородных и одной радиально-градиентной линзы. Метод. Теоретический анализ, компьютерное моделирование и оптимизация с использованием программы оптического проектирования ZEMAX. Основные результаты. Показано, что предложенная бесконечно тонкая модель коаксиально-ламинированной радиально-градиентной линзы, имеющая ту же оптическую силу и продольный хроматизм, что и её толстый прототип, вместе с тонкими однородными линзами, разделёнными воздушными промежутками, может быть использована в качестве исходной схемы разрабатываемой оптической системы. При этом, если распределение показателя преломления градиентной линзы известно, то наилучшие сочетание оптических материалов однородных линз и соотношение оптических сил всех элементов схемы могут быть получены из условия ахроматизации, апохроматизации или суперхроматизации путём многократного решения соответствующей системы уравнений. Эффективность предложенного подхода и возможность достижения высоких оптических характеристик у двухдиапазонного инфракрасного триплета, состоящего из двух однородных и одной градиентной линзы, продемонстрированы на примере проектирования системы с коаксиально-ламинированной радиально-градиентной линзой. Комбинация марок новых халькогенидных стёкол для композитного материала этой линзы была выбрана исходя из условия достижения требуемого распределения показателя преломления. Само это распределение было получено при проектировании триплета среднего (3–5 мкм) инфракрасного диапазона. Представлены оптическая схема, конструктивные параметры и оптические характеристики рассчитанного двухдиапазонного (3,5–5 и 8–11,9 мкм) триплета. Его фокусное расстояние равно 40 мм, диафрагменное число — 0,98, а числовая апертура в пространстве изображений равна 0,45. В пределах углового поля зрения 19,5º этот объектив формирует изображение с контрастом 0,54 при пространственной частоте 30 мм–1. Модуль его дисторсии не превышает 0,4%. Практическая значимость. Результаты настоящего исследования открывают возможность создания на основе коаксиально-ламинированных радиально-градиентных линз простых по конструкции высокоапертурных двухдиапазонных инфракрасных объективов.

 исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда (проект № 20-19-00081)