Белорусский национальный технический университет

Приборостроительный факультет

Кафедра «Лазерная техника и технология»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

“ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ПРИЗМ“

по дисциплине «Прикладная оптика»

2014

2. Графоаналитический метод определения размеров призм

Цель работы – познакомиться с телескопическими системами и отражательными призмами, изучить графоаналитический метод Турыгина, определить габаритные размеры призмы и рассчитать её массу.

Задание по работе:

1. Ознакомиться со зрительными трубами (Приложение 1).

2. Ознакомиться с назначением и применением призм в приборостроении (Приложение 2).

3. Начертить заданные призмы, построить ход осевого луча в отражательной призме, используя основные законы и положения геометрической оптики (Приложение 3).

4. Выполнить развёртки призм, определить их коэффициенты.

5. Изучить графоаналитический метод определения светового диаметра призмы.

6. Выполнить габаритный расчет заданной призмы для телескопической системы.

7. Рассчитать массу призмы.

1.1. Теоретическая часть

При конструировании оптического прибора необходимо учитывать, что призма должна иметь простую конфигурацию, наименьшее число отражающих поверхностей, минимальные размеры и массу.

Размеры отражательных призм зависят от размеров поперечного сечения пучка, и определяются при расчете оптических систем. Расчетные формулы для определения основных размеров (длин граней, величин углов и длин хода осевого луча) для типовых призм приведены ниже. Расчетные размеры призм обычно увеличивают на 0,5 – 2мм для обеспечения юстировки и крепления призм в оправах. Указанный припуск берется меньше, когда призма закреплена в гнезде и больше при креплении в отдельной оправе.

При габаритном расчете призмы находят размеры, определяющие ее геометрическую форму.

Для упрощения расчетов призму заменяют редуцированной плоскопараллельной пластинкой (ППП), т.е. приведенной к воздуху (не влияет на ход луча), толщиной

,

где – коэффициент призмы, – её световой диаметр.

Реальная плоскопараллельная пластинка не меняет направление проходящего через неё луча, а только смещает его параллельно самому себе (рис.1.1). Для параксиальных лучей величина смещения Δ зависит от толщины пластинки и показателя преломления материала, из которого она изготовлена.

Для широкого гомоцентрического пучка лучей гомоцентричность не сохраняется.

Для малых углов падения величина смещения находится по формуле:

(1.1)

Редуцирование или приведение толщины призмы к воздуху заключается в том, что толщину d плоскопараллельной пластинки, в которую разворачивается призма, делят на показатель преломления стекла n, из которого она изготовлена. Лучи, проходящие через такую пластинку, на ее гранях не испытывают преломления, а удлинение, вносимое действительной пластинкой (призмой), определяется по формуле:

. (1.2)

При приближенных расчетах, когда показатель преломления стекла n=1,5, толщина редуцированной пластинки принимается равной d₀ = 2d/3.

Приём редуцирования применим только в тех случаях, когда входная и выходная грань пластинки перпендикулярны оптической оси системы.

Для работы призмы в световом пучке имеет значение угол падения осевого луча на входную грань: если этот угол равен 90 нормальное падение, призма может работать как в параллельном, так и в сходящемся пучке, при наклонном падении – только в параллельном пучке.