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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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