Другие оптические элементы

Объектив выполняется в виде жестко связанной комбинации нескольких линз. Его определяющими параметрами являются апертура, поле зрения, увеличение, фокусное расстояние.

Объективы используются в качестве конденсоров (то есть устройств, концентрирующих излучение точечного источника) или коллиматоров (устройств, преобразующих расходящийся пучок лучей в параллельный).

Оптический фильтр выделяет из светового потока необходимые спектральные составляющие. Фильтр тем совершеннее, чем меньше потери в полосе пропускания и чем значительнее подавление его рабочей полосы.

Устройство оптических фильтров основывается на абсорбционном принципе, избирательно поглощении и отражении лучей тонкой прозрачной пластиной или стопой пластин, на интерференции световых потоков при взаимодействии с дифракционной решеткой.

Расщепитель (светоделитель, диплексор) служит для разделения светового потока на два с различными направлениями распространения. Реализуется, главным образом, в виде диэлектрического зеркала, которое часть потока отражает, а часть пропускает через себя, поворачивая его. Эффективность такого светоделителя характеризуют величиной URT: если потери незначительны и интенсивность обоих потоков примерно одинакова, то URT1.

Оптический резонатор. Подобен СВЧ резонатору. Служит для выделения модулирующего оптического излучения. Наибольшее распространение получили оптические системы из двух параллельных плоских зеркал (резонатор Фабри-Перо) и дифракционные решетки.

Поляризатор. Основным параметром этого устройства является обеспечиваемая им степень поляризации . Известны двулучепреломляемые поляризаторы и поляризаторы Брюстера, работа которых основана на отражении набором плоскопараллельных пластин.

Компенсаторы выравнивают фазы двух волн, прошедшие разные оптические пути и претерпевшие разное число отражений. Простейший компенсатор – четвертьволновая пластина, при прохождении через которую волна отстает по фазе на .

Недостатки оптических элементов и систем на их основе

- сложность изготовления многих элементов из-за необходимости реализации требуемых криволинейных поверхностей, точных угловых соотношений обеспечения оптической однородности материалов, высокого качества обработки всех поверхностей и т. д.;

- принципиальная неустранимость аберраций;

- объемность конструкций оптических элементов, исключающая возможность микроминиатюризации;

- сложность механического объединения отдельных элементов в законченные оптоэлектронные и оптические приборы, не позпозволяющие преодолеть такие факторы, как изменение температуры, вибрация, удары, степень стирания разнородных материалов.

Метрологические аспекты оптоэлектроники

При количественном описании светового излучения используются следующие системы параметров:

- световые, ориентированные на человеческий глаз;

- энергетические (объективная система, базирующаяся на традиционной классической метрологии).

Перечислим основные параметры энергетической системы, прямо описывающей поле оптического излучения, и световой системы, косвенно характеризующей это поле (указывается в скобках):

1) Поток излучения (световой поток) – мощность излучения, то есть энергия излучения , переносимая потоком квантов:

, Вт (эВ/с); (для , лм) (3.16)

2) Сила излучения (сила света) – пространственна плотность , определяемая отношением точечного к телесному углу (в стерадианах), в пределах которого заключен и равномерно распределен этот поток. В дифференциальной форме имеет вид:

Кд (Вт/ср), (3.17)

где - единичный вектор, характеризующий направление излучения r.

Рисунок 8

Телесный угол имеет в вершине источник излучения и определяется отношением площади сферической поверхности , заключенной внутри конуса , к квадрату радиуса сферы:

(3.18)

Величина является основной, поэтому кандела основная единица светотехнической системы, все остальные строятся как ее производные. Изменение осуществляется двумя методами: сравнения или непосредственной оценки.

В случае неточечных излучателей понятие силы излучения неприменимо.

3) Энергетическая светимость (светимость) – плотность с поверхности излучателя :

, (Вт/м²) или (лм/ м²) (3.19)

Значение ( ) недостаточно полно характеризует излучатель, важна еще направленность потока.

4) Энергетическая яркость (яркость света) – отношение в данном направлении к проекции излучающей поверхности на плоскость перпендикулярно этому направлению:

, (Вт/срм²); для (кд/м²), (3.20)

Рисунок 9

При воздействии излучателя на глаз человека освещенность сетчатки определяется соотношением:

, (3.21)

где - площадь входа зрачка; - глубина глазного яблока; - коэффициент пропускания глазных сред.

5) Облученность (освещенность) – представляет собой плотность по облучаемой поверхности :

, (Вт/ м²); для (лк или лм/м²), (3.22)

или , (3.23)

где - сила излучения в направлении ( расстояние от источника до поверхности); - угол падения луча на поверхность .

6) Энергетическая экспозиция (экспозиция) – энергия излучения поступившая на единицу площади облученной поверхности за время облучения Т:

, (Дж/ м²) для (лкс) (3.24)

Полная количественная характеристика всех перечисленных параметров задается их временным, пространственным, спектральным распределением, то есть функциями вида .

Спектральное распределение рассматривается для волн, лежащих в пределах: .

9