Полифункциональные голограммные оптические элементы и устройства на их основе

• Автор: Корешов, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 35 с. : ил; 20х15 см

Одним из наиболее значимых практических приложений голографии является разработка голограммных оптических элементов (ГОЭ) и создание на их основе эффективных высокопроизводительных приборов и устройств. Метод голографии позволяет создавать новые типы оптических элементов и систем, имеющие такие функциональные характеристики, которые трудно, а в ряде случаев и невозможно, реализовать с помощью традиционных оптических систем. В качестве примеров таких элементов можно привести голограммные дифракционные решетки, отличающиеся от решеток, изготовленных традиционными методами, отсугствием духов и более низким уровнем светорассеяния; голограммные линзы, обладающие отображающими свойствами бесконечно тонких линзовых компонентов, спектрально-селективные элементы для проецирования информации в поле зрения оператора, а также формирователи точных волновых фронтов.
Практически все ГОЭ - многофункциональны, поскольку способны одновременно выполнять функции нескольких оптических элементов. Так, впервые разработанное и изготовленное Ю.Н.Денисюком объемное спектрально-селективное голографическое зеркало представляет собой голограммный оптический элемент, сочетающий в себе функции спектрального фильтра и отражающей поверхности. Среди известных ГОЭ особое место занимают элементы, действие которых может быть представлено в виде нескольких последовательных преобразований волновых фронтов. Условимся называть их полифункциональными голограммными оптическими элементами. К ним можно отнести элементы, изготовленные по методу взаимосвязанных голограмм, отражательные рельефно-фазовые ГОЭ и ГОЭ, формирующие эталонный волновой фронт в интерферометрах типа Тваймана-Грина. Рациональное использование изображающих свойств таких элементов представляет собой один из наиболее эффективных путей повышения степени функциональной интеграции ГОЭ и устройств на их основе.
Потребность промышленности, и в первую очередь приборостроения, в устройствах и элементах с высокой степенью функциональной интеграции обуславливает актуальность настоящей диссертационной работы, направленной на разработку и исследование полифункциональных ГОЭ и создание на их основе удобных в эксплуатации, простых по конструкции приборов и устройств с расширенными функциональными возможностями.
Это и определило цель работы, состоящую в разработке научных основ подхода к изготовлению полифункциональных ГОЭ, в создании, научном обосновании и ко пер и ментальной проверке принципиальных схем устройств формирования прецизионных волновых фронтов и интерферометров для контроля формы поверхностей различных деталей, обеспечивающих эффективное использование преимуществ полифункциональных ГОЭ.
При достижении этой цели основное внимание было уделено решению задач изготовления требуемых полифункциональных ГОЭ без использования сложных традиционных дорогостоящих оптических систем и обеспечения существенного снижения требований, предъявляемых к элементам и узлам устройств, создаваемых на базе полифункциональных ГОЭ.

Проведенная работа включала в себя:

1. Разработку голографического метода формирования сходящегося пучка лучей, ортогональных цилиндрической поверхности.
2. Разработку и экспериментальное исследование принципиальных схем интерферометров типа Тваймана-Грина, обеспечивающих минимизацию числа используемых в их составе оптических деталей и существенное смягчение требований, предъявляемых к правильности формы поверхностей светоделителя.
3. Разработку и исследование схем интерферометров с голограммным светоделителем, обеспечивающих возможность изменения цены формируемых интерференционных полос.
4. Исследование голографического датчика волнового фронта адаптивных космических телескопов, разработку путей нанесения голограммной структуры на поверхность их крупногабаритных зеркал.
Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту:
1. Основанный на трансформационных свойствах голограмм и полифункциональности ГОЭ метод формирования сходящегося пучка лучей, ортогональных цилиндрической поверхности.
2. Схемы интерферометров типа Майкельсона и Тваймана-Грина с полифункциональным ГОЭ, отличающиеся использованием одного и того же голограммного элемента в качестве светоделителя и формирователя взаимно сопряженных эталонной и рабочей волн. Реализация в этих интерферометрах существенного, доходящего до 6 раз, по сравнению с классическими вариантами схем, смятения требований, предъявляемых к форме поверхностей светоделителя.
3. Голографическое пробное стекло, представляющее собой голографический вариант интерферометра Ньютона с возможностью изменения цены интерференционной полосы путем изменения несущей пространственной частоты ГОЭ. Результаты его исследования и обоснования требований, предъявляемых к голограммному оптическому элементу, источнику излучения и к их взаимному расположению, а именно:
• выполнение ГОЭ в виде безлинзовой Фурье-голограммы двух точечных источников света, располагаемых симметрично относительно центра кривизны его подложки;
• количественная связь цены интерференционных полос с несущей пространственной частотой ГОЭ, положением источника излучения и длиной его волны;
• ограничения, накладываемые дифракционной структурой пробного стекла на угловой размер источника света и ширину индикатрисы рассеяния контролируемых поверхностей;
• условие обеспечения автоколлимационного хода лучей в схеме контроля формы "поверхностей с помощью голографического пробного стекла, заключающееся в
расположении источника света на прямой, лежащей в плоскости дифракции пробного стекла и составляющей с перпендикуляром, восстановленным из центра его апертуры, угол, синус которого равен половине синуса угла дифракции излучения на голограммной структуре.
4. Результаты научного обоснования требований, предъявляемых к форме профиля и условиям регистрации полифункциональныхГОЭ, используемых в качестве ключевых элементов датчиков волнового фронта адаптивных космических телескопов, а именно: