2.6.4. Матричное описание оптических систем

При матричном описании оптических систем изображения представляют столбцами Y_i и V_i, а систему матрицей M:

.

Схема хода лучей при матричном описании оптических систем приведена на рис. 2.14.

Рис. 2.14. Схема хода лучей при матричном описании оптических систем

Если обозначить матрицу преобразования одной оптической системы через M₁, а матрицу другой – через M₂ , то последовательное соединение оптических систем можно выразить произведением матриц и записать преобразование изображений в следующем виде:

При таком описании используют соотношения:

.

Матрица перемещения T имеет следующий вид:

.

Матрица преломления R будет следующей:

.

2.6.5. Аберрации оптических систем

Аберрации оптических систем приводят к искажению изображений и ухудшению их качества. Сферическая аберрация связана с тем, что участки сферических поверхностей по-разному преломляют лучи (рис. 9). В результате параллельные лучи, находящиеся на разном расстоянии от оси двояковыпуклой линзы сходятся в разных точках (размытый фокус), а не в одном фокусе. Изображение предметов, полученных такой линзой, искажается и становится нечетким (размытым).

Существуют два вида аберраций:

¬ сферическая аберрация (несовпадение фокусов из-за разных отклонений луча на сфере).

¬ хроматическая аберрация (несовпадение фокусов из-за зависимости n()).

Для устранения сферической аберрации применяют асферическую обработку поверхностей или многослойный объектив.

Для устранения хроматической аберрации применяют клееный многолинзовый объектив или используют фильтры, которые улучшают четкость изображения.

2.6.6. Градиентные цилиндрические линзы (гцл)

Градиентные цилиндрические линзы (ГЦЛ) еще называют градан и селфок.

В ГЦЛ в стеклянном стержне диффузным методом создают градиентный показатель преломления (рис 2.14).

Коллиматор на основе ГЦЛ L_b/4 (L_b - период повторений изображений) приведен на рис. 2.15.

Рис. 2.15. Фокусировка коллимированного излучения четверть-периодной линзой (L_b/4) и профиль показателя преломления

в ГЦЛ

Схема фокусировки излучения от точечного источника с помощью полупериодной ГЦЛ (L_b/2) приведена на рис. 2.16.

Рис 2.16. Фокусировка излучения от точечного источника

полупериодной ГЦЛ (L_b/2)

Полное повторение изображения происходит после прохода однопериодной ГЦЛ L_b как показано на рис. 2.17.

Преимущества ГЦЛ следующие: 1- плоская граница, 2 - оптический разъем имеет большое сечение и малые потери (позволяет делать вращающийся соединитель, рис. 2.17).

Рис. 2.17. Полное повторение изображения однопериодной ГЦЛ

Рис. 2.18. Оптический разъем с использованием двух ГЦЛ L_b/4

С помощью ГЦЛ разных диаметров создают оптические разветвители (в т.ч. многоканальные), как показано на рис 2.19.

Рис. 2.19. Оптический разъем с использованием нескольких ГЦЛ L_b/4 разного диаметра

С помощью ГЦЛ L_b/2 создают устройство ввода в волокно излучения ПП лазера.

Рис 2.20. Устройство ввода в волокно излучения ПП лазера

Для получения коллимированного пучка света для передачи на дальние расстояния в воздухе или для дальнейших преобразований используют ГЦЛ L_b/4 (рис.2.21).

В заключение необходимо отметить, что приведенные в этой главе общие законы оптики и пассивные устройства используются в последующих главах при рассмотрении конкретных конструкций оптоэлектронных устройств.

Рис 2.21. Устройство для создания коллимированного пучка света, выходящего из оптического волокна