книги из ГПНТБ / Перов В.А. Сборка и юстировка оптико-электронных приборов учеб. пособие

Структурно ОКГ состоит из активной среды t излучателя), объемного резонатора, источников возбуждения и питания. Пер­ вым активным веществом (излучателем), примененным в ОКГ, был монокристалл рубина. Искусственный рубин представляет со­ бой окись алюминия, в которой часть атомов алюминия замене­ на атомами хрома. Количеством хрома определяется цвет руби­ на. Так бледнорозовый рубин содержит 0,05% Сь i красный 0,5%. Кристалл растят в печах, заготовку отжигают и обрабатывают, придавая рубину форму стержня. Торцевые поверхности стержня обрабатывают с высокой степенью точности и полируют. Непараллельность торцов должна быть в пределах 3-9 . Торцы покры­ вают серебряным или диэлектрическим слоем с высоким коэффи­ циентом отражения. Чистота поверхности соответствует 12-му классу. Торцы кристалла образуют открытый резонатор. Рубино­ вый стержень конструктивно размещается вблизи источника воз­ буждения, Импульсные лампы относительно рубина располага­ ются различно, что определяется максимально возможной отда­ чей энергии стержню. Так, импульсная лампа можот быть выпол­ нена в виде спирали, охватывающей рубиновый стержень; руби­ новый стержень может быть расположен между четырьмя лампа­ ми карандашного типа и для повышения светоотдачи лампы ок­ ружается отражателем, рубиновый стержень и лампа карандашно­ го типа располагаются в фокусах эллиптического цилиндра — от­ ражателя. Применяются и полизллиптические отражатели при об­ лучении несколькими лампами. Питается импульсная лампа от конденсатора большой емкости, который заряжается выпрямите­ лем,

К кристаллическим получателям предъявляются высокие требования. Например, для рубина с плоскими параллельными торцами необходимо выполнить следующие требования:

а) оптическая ось кристалла должна быть параллельной оон стержня или перпендикулярной ей с точностью до 1 0 ^

б) плоскостность торцевых поверхностей до 0 ,1 X линии натрия;

в) отклонение от параллельности торцевых поверхностей

^3 *;

г) отклонение торцевых плоскостей от перпендикулярности

коси цилиндра кристалла + 1#;

длину стержня и диаметр

40

Наряду с кристаллическими излучателями используются стеклянные и полупроводниковые.

Так как коэффициент усиления квантовой системы зависит от пути, проходимого возбуждающим потоком в системе, то чем больше этот путь, тем большее число возбужденных частиц участвует в излучении и тем больший поток можно получить на выходе системы. Стеклянные стержни (из неодимового стек­ ла) могут иметь большие размеры, чем кристаллические, и быть изготовлены любой формы, требуемой для достижения на­ ибольшей эффективности прибора.

2 ) Открытые резонаторы

Для концентрации электромагнитной энергии требуемой частоты, для обеспечения многократного отражения электромаг­ нитной волны с целью поддержания генерации и обеспечения ре­ зонанса при генерировании колебаний применяются открытые резонаторы, которые в большинстве случаев образованы двумя зеркалами, установленными друг против друга. Эти зеркала имеют серебряное либо диэлектрическое отражающее покрытие, состоящее из нескольких слоев диэлектриков, каждый из кото­ рых обладает различными оптическими характеристиками. Се­ ребряное покрытие по сравнению с диэлектрическим обладает меньшим коэффициентом отражения и большими потерями. В процессе эксплуатации серебряные покрытия портятся и требуют замены во избежание падения выходной мощности и увеличения энергии, потребной для генерации. Диэлектрические же покры­ тия сохраняют стабильность своих свойств при эксплуатации и им отдается предпочтение.

Трудности юс.ировки одного плоского зеркала относитель- ' но другого привели к тому, что стали применять не плоские, а сферические зеркала, установленные друг от друга на расстоя­ ние равном удвоенному радиусу их кривизны. Такой резонатор обладает (по сравнению с резонатором, образованным плоско­ параллельными пластинами) меньшими дифракционными потеря­ ми и требует более низкой мощности возбуждения. Юсигровка зеркал сравнительно более легкая.

При установке между зеркалами резонатора кристалличес­ кого стержня (у которого имеется свой резонатор - параллель­ ные ториы кристалла), резонатор всей системы получается сложным, расчетным путем он приводится к эквивалентному.

41

параграфа.

Автоколгашационная трубка устанавливается таким обра­ зом, «тобы пучок света проходил через газоразрядную трубку (визирная ось автоколлиматора, установленная на оси газораз­ рядной трубки, принимается за юстировочную базу). Автоколлимапионные изображения перекрестий, отраженные от ближнего и дальнего зеркал, совмещаются с перекрестием автоколлимационной трубы с помощью микрометренных винтов юстировочного приспособления. Таким образом, зеркала устанавливаются параллельно одно другому.

После юстировки зеркал включается источник возбуждения, в трубке возникает газовый разряд, приводящий к непрерывно­ му и индуцированному излучению. Установив на его пути фото­ элемент, сигнал с которого подается на осциллограф, можно осуществить дополнительную юстировку по максимуму излучения на раоотающем генераторе.

В ряде случаев в конструкции ОКТ предусматриваются оп­ тические устройства вспомогательного назначения: отклоняющие зеркала и призмы, телескопические системы для уменьшения уг­ ла расходимости пучка первоначального формирования, визиры для наведения системы излучателя на объект, модуляторы, по­ ляризационные призмы и др.

Рис. 14

44

На рис. 14 представлены оптическая система импульсного ОКГ и общий вид прибора, установленного на штативе. Оптическая си­ стема, кроме излучателя, состоящего из кристалла рубина и им­ пульсной ксеноновой лампы с цилиндрическим отражателем,вклю­ чает защитное стекло, отклоняющую призму и телескопическую систему, уменьшающую угол расхождения ю-чой. Для на: эдения генератора на объект служит визирная труба, установленная па­ раллельно телескопической системе. Методы сборки и юстировки телескопических систем (системы сужения угла расходимости пучка лучей и визирной трубки) сводятся к центрированию ком­ понентов, установке нулевого положения (совмещению фокусов

FoS и Fox ) и уст новке полевой диафрагмы в фокусе объ­ ектива.

Выверка параллельности визирной оси трубки и оптической оси генератора может быть выполнена с контролем двояким спо­ собом (способ "б " удобен для ОКГ непрерывного излучения):

а) по автоколлимационной трубе, объектив которой полно­ стью или частично перекрывает световые отверстия объективов телескопических систем: разворотом автоколлимационной трубы находят и совмещают с центром перекрестия его автоколпимационное изображение, отраженное от торца кристалла, а затем при подсветке в окуляр визирной трубки изображение перекрестия ее сетки совмещают с центром перекрестия автоколлимационной трубы (путем разворота последней);

б) при включенном генераторе выходящий световой пучок совмещают с центром перекрестия зрительной трубы, установ­ ленной так же, как автоколлимаииоиная труба в предыдущем случае. Совмещение осуществляют разворотом юстировочной зри­ тельной трубы. Генератор выключают и, не сбивая установки разворотом визирной трубки, изображение его перекрестия сов­ мещают с центром перекрестия зрительной трубы. Объектив зри­ тельной трубы, как и в предыдущем варианте, должен перекры­ вать (полностью или частично) световые диаметры объективов обеих регулируемых систем. При бс.тылом расстоянии между ося­ ми генератора и визира для контроля используют автоколлима­ тор с разделением пучков посредством ромбической призмы.

При наличии в оптической системе резонатора электрооптического модулятора и поляризационных призм добавляются юстировочные операции по взаимному ориентированию указанных де­ талей и узлов.

45

Измеряется участок шкалы коллиматора, укладывающийся в по­ ле зрения ОЭП (отсчет по шкале зрительной трубы), а затем тот же участок без прибора. Отношение двух отсчетов равно его увеличению. По широкоугольному коллиматору измеряется видимое поле зрения прибора.

§ 16. Сборка и юстировка бинокулярного ночного визира

На рис.15 представлен разрез одной из трубок бинокуляр­ ного визира. Прибор предназначен для наблюдения дороги и местных предметов при вождении автомашин и тракторов в ноч­ ных условиях. Источником лучей являются штатные головные фары автомобиля, в которых оптические элементы с обычными рассеивателями заменяются на длинноволновые оптические эле­ менты.

Рис. 15

Преобразование отраженных от дороги лучей в видимое изображение осуществляется в визире прибора посредством ЭОП, к электродам которых подается напряжение 12-19 кВ от высоко­ вольтного блока, подключаемого к электрической сети машины

47

с напряжением в 12 или 24 В. Визирное устройство прибора об­ ладает рядом оптических характеристик, определяющих габариты визира и в определенной степени приближающих условия наблю­ дения к реальным. В частности, увеличение визира близко к еди­ нице, а фокусные расстояния объектива и окуляра f c x T 2 7 мм*

j-OK- 16 мм.

Основные' требования к бинокулярным приборам с учетом условий стереоскопического наблюдения сводятся к нормирова­ нию разности увеличения двух труб, непараллельности монокуля­ ров между собой, разности наклонов изображений двух труб. Для телескопических бинокулярных труб оси пучков лучей, выходя­ щих из обоих окуляров от одной и той же точки предмета, долж­ ны быть параллельны между собой в пределах следующих допус­ ков: в направлении глазного базиса при конвергенции осей не более 60 1 (8 0 ') х, при дивергенции осей - не более 20 ( 30 );

внаправлении,перпендикулярном глазному базису., - не более

+15 ' (+20 ') . Расширение допусков возможно, так как допуск

на углы берется как часть физиологического допуска (способ­ ности глаз скомпенсировать ошибку).

На непараллельность пучков лучей на выходе из окуляров влияют также децгчтрировки объектива и окуляра, децентрировки ЭОП, ошибки изготовления и положения призм оборачивающей системы и т.д.

Допустимая непараллельность пучков на выходе из окуля­ ров указывается в общих ТУ на бинокулярные приборы. Эти ТУ пересчитываются в технические требования на изготовление де­ талей и сборку узлов. В зависимости от конструкции бинокля число причин, вызывающих непараллельность пучков на выходе из окуляров, может превысить 10. Для ОЭП, представленного на рис. 15, их 7: децентрировка П рода объектива и окуляра, де­ центрировка 1 и П рода ЭОП, наклон оси перемещения оку­ ляра, непараллельность. труб, разность увеличений труб.

Расчет допусков на некоторые из перечисленных характе­ ристик проведем на численном примере.

Пример Принимая, что каждая из семи ошибок вызовет одинаковое

по величине отклонение пучка лучей (или визирной оси) ( 0 i)c p по выходе из окуляра, по формуле (17) находим

х)

В скобках указаны более широкие допуски для рассматрива­ емого случая.

48

садки окуляра и допустимого радиального зазора в резьбовом соединении.

б) Наклон оси окуляра Если ось перемещения окуляра наклонена к оптической оси

прибора на угол с5 » то при установке окуляра по глазу его узловая точка будет смещаться в поперечном направлении, т.е., как и в предыдущем случае*, появится децентрировка окуляра

и Г + 4 Г , то на выходе из окуляров между пучками появится

■7 т - - - ^ ^ - - 0 , 0 0 8 (£ » 8 % J .

49