Разработка алгоритмов оптимизации оптических систем с градиентными средами на основе анализа их компенсационных свойств

• Автор: Хахалин, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 156 с. : ил

Содержание
Введение

РАЗДЕЛ 1 СВОЙСТВА ГРАДИЕНТНЫХ СРЕД И ТЕХНОЛОГИЯ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

1.1 Понятие о градиентной среде

1.1.1 Линза Вуда

1.1.2 Математическая модель электромагнитного излучения

1.2 Технологии получения градиентных материалов

1.3 Свойства градиентных сред

1.3.1 Самофокусировка в двумерной градиентной среде

1.3.2 Трехмерные слоисто-неоднородные среды

1.3.3 Неоднородные среды, полученные по заданным траекториям лучей

РАЗДЕЛ 2 МЕТОДЫ РАСЧЕТА ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ С ГРАДИЕНТНЫМИ СРЕДАМИ
2.1 Функция показателя преломления
2.2 Программы для расчета оптических систем с градиентными средами
2.2.1 Использование МЛ ТЬЛВ в расчетах оптических систем с градиентными средами..
2.2.2 Программа расчета оптических систем с градиентными средами - СИЛ ОБЗОЛ
2.2.3 Объектно-ориентированный подход к построению программ расчета оптических систем
2.3 Расчет хода действительного луча в градиентной среде
2.3.1 Расчет хода луча в декартовой системе координат
2.3.2 Расчет хода луча в г(тиндрической системе координат
2.4 Оптические системы с градиентными средами
2.4.1 Расчет действительных лучей
2.4.2 Расчет псевдолучей
2.4.3 Расчет нулевых лучей
2.4.4 Гауссова модель градиентной среды
2.4.5 Расчет параксиальных характеристик
2.5 Расчет монохроматических аберраций
2.5.1 Расчет сферической аберрации
2.5.2 Расчет широкого наклонного пучка
2.5.3 Расчет комы

2.5.4 Расчет астигматизма
2.5.5 Расчет дисторсии
2.6 Точечная диаграмма
2.7 Расчет ФРТ и МПФ
2.8 Дисперсионные свойства градиентных материалов и хроматические аберрации
2.8.1 Расчет хроматизма положения
2.8.2 Расчет сферохроматизма
2.8.3 Расчет хроматизма широкого наклонного пучка
РАЗДЕЛ 3 ОПТИМИЗАЦИЯ И СИНТЕЗ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ИЗ НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД
3.1 Оптические системы с градиентными средами, показатель преломления которых определяется аналитически
3.2 Алгоритм оптимизации оптических систем с градиентными средами..
3.3 Расчет аксиального градиентного корректора
3.4 Градиентная малогабаритная телескопическая система
3.5 Градиентный компенсационный светофильтр
3.6 Градиентная офтальмологическая линза
3.7 Расчет сел фока
Заключение
Библиография

Введение
В настоящее время в науке и технике определилась необходимость достижения предельного - дифракционного - качества изображения в высокоразрешающих оптических системах различного назначения, таких, как оптические системы, работающие с ПЗС матрицами для передачи и обработки информации, в вычислительной технике (лазерные принтеры, системы считывания и записи информации) и микроэлектронике.
При синтезе оптических систем, базирующихся на традиционной элементной базе, которые изготовлены из номенклатуры оптических стекол (ГОСТ 3514—76, ГОСТ 13659-78 и ОСТЗ-7777), удовлетворить требованиям простоты конструкции, минимальным весовым характеристикам оптической системы в сочетании с высокой степенью коррекции остаточных аберраций, как правило, не удается.
Хорошие перспективы в этом направление обещает использование новой элементной базы - градиентных оптических материалов, которые позволяют, как фокусировать излучение, так и корректировать остаточные аберрации оптической системы.
Как известно, принципиальной особенностью проектирования оптических систем является невозможность экспериментальной оптимизации готовых систем. Только на математической модели можно оптимизировать конструктивные параметры оптической системы с целью компенсации остаточных аберраций.
Интегрированные пакеты прикладных программ (ИПП), ориентированные на персональные ЭВМ для расчета математических моделей оптических систем, нашли широкое применение в практике расчета. Эти программы позволяют пользователю рассчитывать геометрические и волновые аберрации, имеют полный набор определения оптико-физических критериев качества изображения. Известны ИПП, которые обеспечивают возможность расчета систем из градиентных элементов. Такая возможность имеется в

Таким образом, если показатель преломления меняется в поперечном сечении волновода по закону обратного гиперболического косинуса, то волновод становится самофокусирующим.
Расчет изменения показателя преломления в зависимости от р по формуле (34) с тем же шагом, который был рассчитан для выражения (21) приведен в табл.
Таблица
р п (24) п (34)
0 1.662237 1.662
0.05 1.657124 1.657
0.1 1.641939 1.641
0.15 1.617138 1.61
0.2 1.583446 1.583
0.25 1.541818 1.541
0.3 1.493336 1.493
0.35 1.439219 1.439
0.4 1.380672 1.380
Колонки п (24) и п (34) табл. 4 показывают полную идентичность показателей преломления фокусирующей градиентной среды при различных подходах к их расчету, исходя из уравнения Эйлера и уравнения эйконала.
1.3.2 Трехмерные слоисто-неоднородные среды
Ограничиваясь наиболее интересным случаем фокусирующих линз, поставим задачу следующим образом: пусть в начале ортогональной криволинейной системы координат их, и2, щ с метрическими коэффициентами к и Ь2, /*з расположен точечный источник, испускающий сферические волны в неоднородной слоистой среде 11(112). [18] Требуется найти такое распределение