Файл: Перов В.А. Сборка и юстировка оптико-электронных приборов учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.08.2024
Просмотров: 126
Скачиваний: 3
813. Сборка зеркально-линзового объектива
сприемником лучистой энергии (ПЛЭ )
Вкачестве преобразующих оптических устройств ОЭП на ведения и самонаведения летательных аппаратов широко исполь зуется зеркально-линзовая оптика.
На рис. 11а представлена схема прибора, состоящего из
защитного стекла 1 , двух корригирующих линз 2 и 3, вторично го плоского зеркала 4, приемника лучистой энергии 5 и первич ного сферического зеркала 6 ._
Действие узла в длинноволновом диапазоне длин волн оп ределяет специфические особенности техпроцесса его сборки и юстировки. После геометрической юстировки узлов осу ществля-
37
ется фокусировка объектива на ПЛЭ в рабочем диапазоне длин волн с контролем фокусировки по сигналу. Условно (и конст руктивно) объектив делится на линзовую часть 1 и зеркальную часть П. Юстировка части 1 сводится к обеспечению центриро ванности линзовых компонентов и выдерживанию воздушных промежутков между ними. Эти операции аналопгчны сборке объективов насыпной конструкции.
Сборка узла П . Сборочной базой узла П выбраны опорный торец А и посадочный диаметр зеркала 6 . Плоское зеркало 4 укрепляется параллельно торцу узла А с помощью вспомога тельной плоской пластины (рис. 116), нормаль которой А/а устанавливается параллельно визирной оси автоколлиматора. Центрированность линзовых и зеркальных компонентов объекти ва оценивается по дифракционному изображению точки в фокаль ной плоскости, которая рассматривается через микроскоп
(рис. 12 а).
Рис. 12
38
Остаточная нецентрированность линз объектива устраняется разворотом вокруг оси объектива узла с корригирующими лин зами Установка ПЛЭ относительно фокальной плоскости объек тива контролируется по максимуму сигнала, снимаемого с при емника, регулировка его положения — подбором толщины ком пенсационного кольца между базовой плоскостью А и сферичес ким зеркалом. В коллиматор устанавливается длинноволновый светофильтр. Компенсаторы выполняются ступенчатыми с раз ностью по толщине в 0,01 мм. Эта операция трудоемка и мало производительна.
Другая схема фокусировки представлена на рис.126, на которой диафрагма А Ч Т установлена в фокусе объектива зер кального коллиматора. Расфокусировав коллиматор на величину 2 , добиваются максимального сигнала на ПЛЭ. По матема
тической |
зависимости, связывающей величину |
% ' с Z , нахо |
дят 2* |
к на эту величину изменяют толщину |
компенсатора. Так, |
если на |
сферическое зеркало при работе объектива падает па |
раллельный пучок, то при совмещении фокусов контролируемого
объектива и зеркального коллиматора 2/ = |
2 ( Jo / / * )• |
||
Следовательно, |
если |
устанавливается с |
погрешностью 0,01мм, |
а отсчет перемещения АЧТ осуществляется по миллиметровой |
|||
шкале, то у к |
5 » j O |
f 0 . |
|
В других |
конструкциях ОЭП имеются анализаторы изобра |
жения с модуляционными дисками, устанавливаемыми вблизи ПЛЭ, а оптические элементы вращаются вокруг оптической оси объектива. Неподвижными являются защитное стекло и приемник. Центрировка такого объектива усложняется, добавляется опера ция центровки модуляционного диска. Фокусировку объектива можно осуществить и в видимой области спектра с последующим перемещением зеркала или приемника на расчетную величину.
.§ 14. Сборка узлов квантовых генераторов
1)Основные требования к оптической системе квантового генератора на твердом теле
Оптические квантовые генераторы (ОКТ) являются источ никами мощного узконаправленного монохроматического коге рентного излучения и используются в различных областях тех ники как самостоятельные приборы или как узлы осветительной системы.
ЗЫ
Структурно ОКГ состоит из активной среды t излучателя), объемного резонатора, источников возбуждения и питания. Пер вым активным веществом (излучателем), примененным в ОКГ, был монокристалл рубина. Искусственный рубин представляет со бой окись алюминия, в которой часть атомов алюминия замене на атомами хрома. Количеством хрома определяется цвет руби на. Так бледнорозовый рубин содержит 0,05% Сь i красный 0,5%. Кристалл растят в печах, заготовку отжигают и обрабатывают, придавая рубину форму стержня. Торцевые поверхности стержня обрабатывают с высокой степенью точности и полируют. Непараллельность торцов должна быть в пределах 3-9 . Торцы покры вают серебряным или диэлектрическим слоем с высоким коэффи циентом отражения. Чистота поверхности соответствует 12-му классу. Торцы кристалла образуют открытый резонатор. Рубино вый стержень конструктивно размещается вблизи источника воз буждения, Импульсные лампы относительно рубина располага ются различно, что определяется максимально возможной отда чей энергии стержню. Так, импульсная лампа можот быть выпол нена в виде спирали, охватывающей рубиновый стержень; руби новый стержень может быть расположен между четырьмя лампа ми карандашного типа и для повышения светоотдачи лампы ок ружается отражателем, рубиновый стержень и лампа карандашно го типа располагаются в фокусах эллиптического цилиндра — от ражателя. Применяются и полизллиптические отражатели при об лучении несколькими лампами. Питается импульсная лампа от конденсатора большой емкости, который заряжается выпрямите лем,
К кристаллическим получателям предъявляются высокие требования. Например, для рубина с плоскими параллельными торцами необходимо выполнить следующие требования:
а) оптическая ось кристалла должна быть параллельной оон стержня или перпендикулярной ей с точностью до 1 0 ^
б) плоскостность торцевых поверхностей до 0 ,1 X линии натрия;
в) отклонение от параллельности торцевых поверхностей
^3 *;
г) отклонение торцевых плоскостей от перпендикулярности
коси цилиндра кристалла + 1#;
длину стержня и диаметр
40
Наряду с кристаллическими излучателями используются стеклянные и полупроводниковые.
Так как коэффициент усиления квантовой системы зависит от пути, проходимого возбуждающим потоком в системе, то чем больше этот путь, тем большее число возбужденных частиц участвует в излучении и тем больший поток можно получить на выходе системы. Стеклянные стержни (из неодимового стек ла) могут иметь большие размеры, чем кристаллические, и быть изготовлены любой формы, требуемой для достижения на ибольшей эффективности прибора.
2 ) Открытые резонаторы
Для концентрации электромагнитной энергии требуемой частоты, для обеспечения многократного отражения электромаг нитной волны с целью поддержания генерации и обеспечения ре зонанса при генерировании колебаний применяются открытые резонаторы, которые в большинстве случаев образованы двумя зеркалами, установленными друг против друга. Эти зеркала имеют серебряное либо диэлектрическое отражающее покрытие, состоящее из нескольких слоев диэлектриков, каждый из кото рых обладает различными оптическими характеристиками. Се ребряное покрытие по сравнению с диэлектрическим обладает меньшим коэффициентом отражения и большими потерями. В процессе эксплуатации серебряные покрытия портятся и требуют замены во избежание падения выходной мощности и увеличения энергии, потребной для генерации. Диэлектрические же покры тия сохраняют стабильность своих свойств при эксплуатации и им отдается предпочтение.
Трудности юс.ировки одного плоского зеркала относитель- ' но другого привели к тому, что стали применять не плоские, а сферические зеркала, установленные друг от друга на расстоя ние равном удвоенному радиусу их кривизны. Такой резонатор обладает (по сравнению с резонатором, образованным плоско параллельными пластинами) меньшими дифракционными потеря ми и требует более низкой мощности возбуждения. Юсигровка зеркал сравнительно более легкая.
При установке между зеркалами резонатора кристалличес кого стержня (у которого имеется свой резонатор - параллель ные ториы кристалла), резонатор всей системы получается сложным, расчетным путем он приводится к эквивалентному.
41
Если торцевые поверхности кристалла не покрыты диэлек триком, то зеркала выполняют роль резонатора с вынесенными зеркалами. Излучатель и зеркала объединяются в единую кон струкцию, которая предусматривает юстировочное приспособле ние, обеспечивающее возможность установки одного зеркала па раллельно другому с высокой точностью.
3) Юстировка резонатора с вынесенными зеркалами
На рис. 13 представлена схема установки на базе ОКТ с резонатором, состоящим из сферического и плоского зеркал.
Сферическое зеркало имеет коэффициент отражения близкий к 100% (для А. 0,6943 мкм). Второе зеркало - сапфировая плоско параллельная пластина с коэффициентом отражения для указанной длины волны S5%. Питание лампы накачки осуществляется от высоковольтного блоки прибора. За базу геометрической юсти ровки принимаются торец кристалла и его ось. Для юстировки зеркал резонатора используется автоколлимашюнная труба, со гласование визирной оси которой с осью кристалла осуществля ется винтами горизонтальной и вертикальной наводки автоколлимашюнной трубы.
Рис. 13
Целью юстировки резонатора является установка плоского зеркала параллельно правому торцу кристалла и совмещение оп тической оси сферического зеркала с оптической осью кристалла. Юстировка зеркал резонатора выполняется в следующем порядке. 42
При включенной подсветке сетки автоколлимационной трубы винтами наводки последней добиваются появления в поле зрения автоколлимационных бликов от зеркал и торца кристалла: наи более яркого - от сапфировой пластины и наиболее слабого - от сферического зеркала. Винтами наводки автоколлимационной тру бы совмещается перекрестие ее окуляра с отражением с г перед него торца кристалла. Винтами юстировочных приспособлений, зеркал (на схеме не указаны) совмещаются автоколлимационные изображения перекрестий, отраженные от сферического, а затем от плоского зеркала. О правильности юстировки зеркал резона тора судят по получении импульсов когерентного излучения:
при недостаточной точнг ста юстировки зеркал излучение будет носить спонтанный характер.
4) Юстировка зеркал газового ОКТ
Основными элементами излучающей головки газового ОКТ являются газоразрядная трубка, зеркала резонатора и юетирсвочное приспособление. Излучающая' головка предназначается для преобразования электрической энергии или энергии СВЧ в монохроматическое когерентное индуцированное излучение.
Наиболее распространенной является конструкция резона тора с зеркалами, не соприкасающимися с газовой смесью; смесь находится в газоразрядной трубке с окнами, в которой длительное время сохраняется . .акуум. Юстировочные приспособ ления конструктивно выполняются различно, но решают одну и ту же задачу - поворачивают зеркала друг относительно друга с целью обеспечения их параллельности (при плоских зеркалах) или совмещения их оптической оси с осью газоразрядной труб ки. Зеркала перемещаются, как правило, вручную с помощью микрометренных винтов. Реже (по экономическим соображени ям) применяется автоматическая поднастройка зеркал с исполь зованием явления магнитос1рикнии.
Для увеличения производительности взаимной ориентации юстировочных баз зеркал осуществ)ыют предварительную юсти ровку зеркала относительно опорной .базы юстировочного при способления. Для этого на опорную базу приспособления крепят эталонный угольник с зеркалом, нормаль которого параллельна опорной поверхности, по зеркалу устанавливается автоколлима тор, а затем юстируется зеркало резонатора. Точность предва рительной юстировки зеркал обычно 5*. Юстировка зеркал резо натора осуществляется по схеме, описанной в п.З настоящего
43
параграфа.
Автоколгашационная трубка устанавливается таким обра зом, «тобы пучок света проходил через газоразрядную трубку (визирная ось автоколлиматора, установленная на оси газораз рядной трубки, принимается за юстировочную базу). Автоколлимапионные изображения перекрестий, отраженные от ближнего и дальнего зеркал, совмещаются с перекрестием автоколлимационной трубы с помощью микрометренных винтов юстировочного приспособления. Таким образом, зеркала устанавливаются параллельно одно другому.
После юстировки зеркал включается источник возбуждения, в трубке возникает газовый разряд, приводящий к непрерывно му и индуцированному излучению. Установив на его пути фото элемент, сигнал с которого подается на осциллограф, можно осуществить дополнительную юстировку по максимуму излучения на раоотающем генераторе.
В ряде случаев в конструкции ОКТ предусматриваются оп тические устройства вспомогательного назначения: отклоняющие зеркала и призмы, телескопические системы для уменьшения уг ла расходимости пучка первоначального формирования, визиры для наведения системы излучателя на объект, модуляторы, по ляризационные призмы и др.
Рис. 14
44