Особенности проектирования лазерных оптических систем с расширенными технологическими допусками

Научная библиотека Комментариев к записи Особенности проектирования лазерных оптических систем с расширенными технологическими допусками нет

А.Ф.Ширанков // Журнал: Вестник московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия: приборостроение, 52/2011, с: 114-127, УДК: 621.396.067.7

Разработана методика проектирования лазерных оптических систем с максимально широкими допусками на их конструктивные и технологические параметры. Методика позволяет учитывать когерентность лазерного излучения и на каждом этапе проектирования отбирать решения с наиболее технологически устойчивыми системами. Для дополнительного расширения допусков проведена их перебалансировка со статистической проверкой результатов аналитического расчета.

Для существенного улучшения качества этапов проектирования лазерных оптических систем разработаны их адекватные математические модели с учетом характерных свойств лазерного излучения Математическая формулировка задачи при любых ограничениях обеспечивает полноту решений расчетных этапов, поиск наилучшего решения или необходимую коррекцию ТЗ для его появления.
Для разработки высококачественных лазерных оптических систем (ЛОС) при их проектировании помимо учета когерентных свойств лазерных пучков необходимо решить ряд серьезных проблем.
Здесь важно особо отметить тот факт, что до настоящего времени для проектирования ЛОС нет программных комплексов, которые созданы для разработки традиционной оптики (Zemax, Code V, Sinopsis, OSLO, САРО и др.). Последние не учитывают когерентных свойств лазерных пучков, дают неверные результаты и ими невозможно пользоваться при проектировании лазерных систем. Это вызвано принципиальным отличием классической оптики от ЛОС, которые преобразуют лазерные пучки по более общим законам так, что даже в параксиальной области они отличаются от законов преобразования пучков традиционных (тепловых, люминесцентных и др.) источников [1, 2,3]. Эти отличия вызваны когерентностью лазерного излучения. Из-за этого появляется понятие «ближней зоны пучка», размер которой определяется величиной конфокального параметра ZK .
Помимо учета свойств лазерных пучков для качественного проектирования ЛОС на его расчетных этапах необходимо решить такие основополагающие проблемы, как:

− какова оптимальная структура ЛОС? Какова структурная схема с минимальным числом компонентов, которая обеспечит решение данной практической задачи?

− есть ли гарантия полноты всех найденных решений габаритного расчета при
выполнении всех требований и ограничений (часто противоречивых) на параметры и характеристики ЛОС;
− как произвести выбор наилучшего решения при наличии множества решений?
− имеются ли и каковы варианты коррекции исходных данных для улучшения решения или его появления при отсутствии?
− какие параметры должен иметь входной лазерный пучок, чтобы получить оптимальное решение данной задачи?
Практика работы и опыт общения показывает, что эти общие проблемы расчета оптики наиболее ярко появляются при проектировании ЛОС разнообразного назначения.
В тоже время именно при разработке ЛОС имеется возможность положительно решить указанные задачи. Так ранее в работах [4-8] был решен ряд основных задач (математическая формулировка ТЗ на разработку ЛОС, её структурный синтез с обеспечением полноты габаритного расчета для ряда ограничений и другие), разработана новая методология проектирования ЛОС, где на каждом этапе изложены подходы для решения указанных проблем.
Успешный опыт использования разработанных ЛОС показал, что многие практические задачи решаются при помощи ОС с отрицательным фокусным расстоянием, что совершенно не характерно для классических ОС. Для решения большинства задач  достаточно 1 или 2-х компонентных ЛОС. Причем увеличение числа компонентов структурной схемы сверх необходимого (традиционный прием, которым успешно пользуются при разработке сложных классических ОС) в случае ЛОС, обычно приводит лишь к возникновению дополнительных трудностей – усложняется проведение аберрационного синтеза, резко ужесточаются допуска, увеличивается стоимость, снижается устойчивость системы и удобство эксплуатации. Кроме того, в отличие от классических систем параметры ЛОС взаимосвязаны и в результате существуют диапазоны допустимого и недопустимого положения входной и выходной перетяжек. Из-за этого не любое сочетание параметров ЛОС возможно при габаритном расчете [4,6]. Такого эффекта нет в случае классической оптики. Проведение аберрационного синтеза для расчета конструктивных параметров всех линз ЛОС с реальными толщинами также весьма специфично. Методы аберрационного расчета намного проще [1,2], но для расчета необходимо использовать только косые лучи.
С этих позиций переосмыслено содержание и порядок проведения основных расчетных этапов проектирования ЛОС и в [6], по — существу, предложена методология проектирования именно лазерных систем.
При структурном и габаритном расчете ЛОС важно заранее знать положение областей решений с допустимыми значениями габаритных и других параметров ЛОС. Ранее в [4,7], используя метод канонических увеличений компонентов 1 2 , . k k x y =α =α был разработан алгоритм отображения областей допустимых значений таких габаритных параметров, как удаление , входной и выходной перетяжек от компонентов 2К ЛОС, расстояния d d′ Zh между компонентами и общей длины ЛОС.

Полное содержание статьи: http://www.oop-ros.org/maket/part1/ref1_2/1.3.14.pdf

Рекомендуем для Вас

Leave a comment

You must be logged in to post a comment.


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top