Плоское зеркало

Представляет собой оптическую систему с единичным увеличением, дающую мнимое изображение (изображение называется мнимым, если оно образовано не самими лучами, а их продолжениями).

В зависимости от расположения предмета, зеркала и наблюдателя могут реализоваться условия прямого перевернутого изображений. Считается, что зеркало свободно от аберраций при любом характере падения лучей. Для лучших зеркальных поверхностей (Al, Ag, Cr, Ni и др.) в видимой и ближней ИК-областях спектра легко достигается R = 0,98…0,99.

Рисунок 1 – Формирование изображения в плоском зеркале

1 – зеркало; 2 – предмет; 2 ^/ – мнимое изображение предмета; 3 лучи от предмета;

4 – направление наблюдения

Плоскопараллельная пластина

Сохраняет неизмененным направление прохождения через нее светового луча, вызывая в то же время его параллельный сдвиг на:

(3.7)

Рисунок 2 – Направления движения лучей в пространстве пластины

1 – падающий, 2 – проходящий, 3,1^/ - преломленные и 4 – отраженный лучи

При нормальном падении луча пластина смещает (приближает к себе) изображение вдоль оси на величину .

Плоскопараллельная пластина, работающая в параллельных лучах, является безаберрационной системой. При конусном ходе 2 лучей имеют место сферическая аберрация, астигматум, диторция.

Плоскопараллельные пластины широко используются в качестве фазокомпенсирующих элементов, а также в интерференционных приборах.

Призмы

Представляют собой многогранники из прозрачного материала. Служат главным образом оборачивания изображений, изменения ширины параллельных пучков лучей, для спектрального разложения световых потоков. Максимальная угловая дисперсия преломляющей призмы при падении на нее параллельного пучка лучей шириной Н:

(3.8)

где d – длина основания призмы; – дисперсия материала призмы.

Рисунок 3 – Отражающая (а) и преломляющая (б) системы на призмах

Линзы

Относятся к числу основных элементов большинства оптических систем.

Рисунок 4 – Линзы

Основным параметром линзы, характеризующим ее преломляющее действие, является оптическая сила Ф:

, (3.9)

где , – радиусы кривизны передней (относительно падающих на нее лучей) и задней поверхностей. Для двояковыпуклой линзы , тогда:

(3.10)

Величина – фокусное расстояние линзы.

Одно из применений свойств линзы – конструкция линзо-растрового экрана, основное назначение которого в оптоэлектронике (главным образом в индикаторной технике) – создание однородной освещенности небольшой площади при использовании источника малых размеров.

Дифракционная решетка

Наиболее широко используются в спектральных приборах, а в оптоэлектронике служат главным образом для избирательности (выделения) модуляции.

Рисунок 5

, (3.11)

где N – число фрагментов дифракционной решетки; ; .

С увеличением числа N избирательность растет при сохранении одного итого же размера а. При углах  =  = 0решетка называется амплитудной, при  ≠  - фазовой или амплитудно-фазовой. Дифракционные решетки могут быть одно-, двух- и трехмерные (объемные).

Волоконно-оптические элементы

Представляют собой прозрачные структуры с неоднородностью оптических свойств в радиальном направлении.

Рисунок 6 – Волоконно-оптические элементы

В цилиндрическом световоде . Это соотношение сохраняется при несильном изгибе световода относительно его оси. Этот световод используется для передачи изображения на расстояние, для изменения ориентировки изображения, для его оборачивания.

В фононе при выходе лучей со стороны широкого торца происходит угловое сужение пучка:

(3.12)

Неравенство имеет место согласно закону преломления:

(3.13)

Фонон обладает линейным увеличением предмета при его расположении перед суженной частью: , (3.14)

где - радиусы узкого и широкого оснований фонона.

Типовое применение фонона в оптоэлектронике – сужение диаграммы направленности точечного источника (например, при вводе излучения лазера в ВОЛС). Это возможно тогда, когда апертура источника меньше апертуры световода.

Иногда фонон используется и для обратной задачи – стягивание большого светового пятна в точку; при этом нежелательный эффект состоит в увеличении угловой расходимости пучка при выходе из фонона.

Селерон или цилиндрический грин.

Рисунок 7 – Селерон

Внутриапертурные лучи распространяются по синусоидальной траектории и имеют радиальный закон излучения вида:

(3.15)

где - значение на оси селерона (r = 0); - константа, связанная с длиной ; - расстояние, на котором все разошедшиеся лучи самофокусируются в одной точке, то есть шаг фокусировки.

Селероны используются для передачи изображений на значительные расстояния, а также используются как плоскопараллельные линзовые элементы. Ни при каком законе изменения в селероне не удается устранить ни геометрические, ни хроматические аберрации. Кроме того, селероны имеют небольшую угловую апертуру.