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

Ссылка для цитирования:

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

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

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.

Ключевые слова:

халькогенидные стёкла, композитный градиентный материал, коаксиально-ламинированная радиально-градиентная линза и её модель, сверхсветосильный двухдиапазонный инфракрасный триплет

Благодарность:

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

Коды OCIS: 110.2760, 110.3080, 220.3620

Список источников:

1. Грейсух Г.И., Левин И.А., Ежов Е.Г. Сверхсветосильный тепловизионный триплет с градиентной линзой: этапы моделирования композитного градиентного материала и потенциальные возможности оптической схемы // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 3. С. 5–13. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-03-5-13
Greisukh G.I., Levin I.A., Ezhov E.G. Ultra-highaperture infrared triplet with grin lens: Modeling stages of composite gradient-index material and potential possibilities of the optical scheme // Journal of Optical Technology. 2024. V. 91. № 3. (in print)
2. Beadie G., Stover E., Gibson D. Temperature-dependent dispersion fitting for a recent infrared glass catalog // Proc. SPIE. 2019. V. 10998. P. 1099804 (6 p). https:// doi.org/10.1117/12.2518494
3. Bayya S., Gibson D., Nuygen V. et al. Design and fabrication of multispectral optics using expanded glass map // Proc. SPIE. 2015. V. 9451. P. 94511N (7 p). https://doi.org/10.1117/12.2177289
4. Gibson D., Bayya S., Nuygen V., Myers J., Fleet E. et al. Diffusion-based gradient index optics for infrared imaging // Optical Engineering, 2020. V. 59. № 11. P. 112604. https://doi.org/10.1117/1.OE.59.11.112604
5. Электронный ресурс URL: https://www.zemax.com/(ZEMAX: Software for optical system design).
6. Greisukh G.I., Bobrov S.T., Stepanov S.A. Optics of diffractive and gradient-index elements and systems. Bellingham: SPIE Press, 1997. 414 p. ISBN: 978-0819424518.
7. Электронный ресурс URL: https://www.amorphousmaterials.com/ (Amorphous Materials Inc.)
8. Электронный ресурс URL: https://www.isuzuglass. com/development/ (Isuzu Chalcogenide glass).
9. Электронный ресурс URL: https://www.scd.co.il/wpcontent/uploads/2019/07/Bird640-17-ceramic_brochure_v3_PRINT.pdf (SemiConductor Devices).
10. Электронный ресурс URL: https://astrohn.ru/product/astrohn-64017-2/ (АСТРОН-64017-2. Микроболометрический матричный детектор).
11. Грейсух Г.И., Ежов Е.Г., Казин С.В., Степанов С.А. Отклик матричного фотоприемника на составляющие оптического сигнала с различными пространственными частотами // Квантовая электроника. 2017. Т. 47. № 1. С. 71–74. https://doi.org/10.1070/QEL16256
Greisukh G.I., Ezhov E.G., Kazin S.V., Stepanov S.A. Response of a matrix photodetector into components of an optical signal with different spatial frequencies //Quantum electronics. 2017. V. 47. № 1. P. 71–74. https://doi.org/10.1070/QEL16256