Элементная база оптического приборостроения

Элементная база оптического приборостроения — отдельные оптические элементы, из которых состоит любой оптический прибор (исключением являются лишь простейшие оптические приборы типа зеркала или увеличительного стекла, представленные одним единственным элементом); каждый из этих элементов выполняет свою функцию по преобразованию поля излучения.^[1] Поскольку времена индивидуального производства остались в прошлом^[2] и изделия, входящие в эту базу, в подавляющем числе случаев являются предметами серийного или массового производства; в настоящее время имеется возможность заказа таких изделий по каталогам^[3]

В большом числе случаев рабочая поверхность оптических элементов представляет собой поверхность тела вращения, ось симметрии которого одновременно становится главной оптической осью оптического элемента. В оптическом приборе, состоящем из нескольких установленных друг за другом оптических элементов, главные их оптические оси, как правило, совмещаются.

Технологически наиболее простыми в изготовлении и потому наиболее широко применяемыми являются оптические элементы, образованные поверхностями, имеющими сферическую или плоскую форму. Существенное значение имеет пространственная ориентация сферической поверхности. Отражающие оптические элементы (зеркала), поверхность которых вогнута по направлению распространения излучения позволяют концентрировать перед собой поток излучения и, наоборот, рассеивать его в стороны, если это поверхность выпукла. Для преломляющих оптических элементов (линз) имеет значение будут ли они толще у оптической оси, чем на периферии, или же наоборот — тоньше. При этом вопрос о том, будет ли такая линза «собирательной» или же «рассеивающей» зависит от того, будет ли коэффициент преломления её материала больше, чем у окружающей среды, или наоборот. Более «толстая» по оси линза с коэффициентом преломления большим, чем у окружающей среды, будет концентрировать излучение в пространстве предметов, то есть «собирательной» ^[4]

Известны оптические элементы, рабочая поверхность которых имеет цилиндрическую форму (анаморфотная оптика). Такие элементы использовались в проекторах для широкоэкранного кино или лазерных принтерах для развёртки проецируемого луча лазера и в ряде других применений. Асферические формы оптических элементов используются для подавления некоторых видов аберраций (например, сферической^[5]).

Различают два типа источников:

• Источники температурного излучения
• Источники люминесцентного (надтемпературного) излучения

С точки зрения практического использования приемники излучения делятся на два класса:

• «Интегральные» в том смысле, что вырабатываемый ими сигнал не зависит от месте падения излучения на их рабочую поверхность (фотоэлемент)
• «Панорамные», в которых отклик на воздействие в принципе зависит от места попадания излучения и потому в случае пространственной неоднородности интенсивности поля способные отражать эту неоднородность (фотослой)

Под понятием оптическая система как в теоретической (физической), так и прикладной оптике понимают совокупность определённым образом размещённых в пространстве базовых оптических элементов, принимающих непосредственное участие в преобразовании поля излучения. Исторически такими элементами являлись линзы, призмы и зеркала. В XIX веке эта триада была дополнена теми базовыми оптическими элементами, которые ввиду отсутствия обобщающих терминов можно условно назвать поляризаторами, дифракционными решётками (эшелон Майкельсона). Затем, почти одновременно, появились элементы волоконной оптики (гибкие световоды), элементы голографической техники (например — толстослойные фотопластинки) и элементы нелинейной оптики, (например — кристаллы, используемые для преобразования частоты света). Общее количество базовых оптических элементов в ближайшие годы вряд ли превзойдёт десяток^[6]

Линза — элемент оптического прибора, изготовленный из прозрачного для излучения, лежащего в рабочем спектральном диапазоне прибора, ограниченная двумя поверхностями, по крайней мере одна из которых и по крайней мере в одной из плоскостей симметрии имеет не плоскую поверхность. Действие линзы заключается в том, что имея по ходу луча разную толщину, она заставляет деформироваться волновой фронт и, следовательно, расходиться или, наоборот, сходиться лучи, в оптически изотропных средах направленные по нормали к поверхности волнового фронта.

Как правило, линзы представляют собой тела вращения, ось которых является одновременно и главной оптической осью линзы. Любая из плоскостей, проходящих через эту ось, есть одна из бесконечно большого множества равноправных осей симметрии.

Иногда используются линзы, обе или одна из поверхностей которых представляет собой поверхность цилиндра. Такая линза (если вторая из её поверхностей не является поверхностью тела вращения) оптической оси не имеет.

Призма — элемент оптического прибора, изготовленный из прозрачного для излучения, лежащего в рабочем спектральном диапазоне прибора, ограниченная плоскими поверхностями. Путём мысленного отображения последовательно одной из рабочих граней призмы в другую, можно построить оптическую развёртку призмы. При этом возможны два варианта: в первом случае призма разворачивается в плоско-параллельную пластинку (такие призмы используются для излома пучка лучей), а во втором случае призма разворачивается в клин. Такие призмы применяются, главным образом, для спектрального разложения света сложного спектрального состава.

Зеркало — элемент оптического прибора, полностью или частично непрозрачный для излучения, лежащего в рабочем спектральном диапазоне прибора.

Различают плоские зеркала, рабочая поверхность которых представляет собой плоскость, а также вогнутые или выпуклые по отношению к падающему на них пучку света. Также, как и у линз, рабочая поверхность линзы может быть либо телом вращения, либо быть образованной цилиндрической поверхностью.

Поляризаторы: Угол Брюстера; Стопа Столетова; Дихроические поляризаторы.

Дифракционные решётки (работающие на просвет и на отражение). Эшелетты, эшелон Майкельсона.

Для волоконной оптики: явление полного внутреннего отражения.

Для голографической техники:

• Толстослойные фотографические пластинки

см. Нелинейная оптика

• Оптические материалы