Свойства и разработка новых оптических стекол - Царевский Е.Н.
Скачать (прямая ссылка):
43
с точностью до 2—3 единиц шестого знака, а температурные приращения показателей преломления для различных длин волн — с точностью до 2—3 единиц седьмого знака с последующим тщательным перерасчетом изготовляемой системы применительно к константам плавок.
Новой является проблема создания стекол, плотность р которых при показателе преломления п приводит к уменьшенной массе линзы. Элементарные выкладки показывают, что масса линзы данной оптической силы пропорциональна отношению
р = р/(«— 1), (11)
которое назовем приведенной плотностью р стекла. Таким образом, при разработке стекол следует стремиться не к простому уменьшению плотности р, а к уменьшению «приведенной плотности» р. Например, кроны типа К8 имеют рх = 2,5 при п1 = 1,52, что определяет рх = 4,8; лантановые кроны типа СТК6 имеют р2 = 4,35 при п2 = 1,75, что определяет р2 = 5,8. Как видим, плотность стекол возросла в p2/pi = 1,74 раза, а «приведенная плотность» возросла лишь в р3/рг = 1,2 раза, т. е. лишь на 20%. Перед силикатчиками стоит задача создания стекол типа сверхтяжелых кронов с уменьшенной «приведенной плотностью» с сохранением при этом их дисперсионных, термооптических и оптико-физических качеств.
Для создания апохроматов-анастигматов необходимы оптические среды, имеющие при больших показателях дисперсии v, присущих кронам, величины относительных частных дисперсий р, близкие к таковым у флинтов.
Такими свойствами обладают некоторые кристаллы (фтористый барий, флюорит) и существенно в меньшей степени стекла — особые кроны — типа ОК2 и ОКЗ.
За последние годы в СССР и за рубежом (в ФРГ, во Франции) разработаны особые кроны (в частности, типа ОК706), дисперсионные свойства которых приближаются к свойствам упомянутых выше кристаллов. К сожалению, эти оптические среды обладают большими значениями термооптических постоянных, главным образом, вследствие больших коэффициентов а температурного расширения, что приводит к термооптическим абберациям, в 4—5 раз превосходящим таковые в системах с обычными оптическими стеклами. Это обстоятельство делает весьма актуальной проблему создания особых кронов (типа ОК706) с существенно уменьшенными в 4—5 раз термооптическими константами
V = f>!{n— 1) —а. (12)
Значение константы V для оценки качества стекла чрезвычайно велико. К чести отечественного каталога оптического стекла, начиная с 1957 г., константа V по предложению автора введена в каталог рядом с классическими константами nD и v.
44
Остаточная термооптическая аберрация приводит к дефокусировке изображения при изменении температуры оптической системы [1 ]. Влияние этой аберрации на снижение качества оптического изображения гораздо значительнее, чем влияние обычных монохроматических аберраций. Например, сферической аберрации 8sc(j, на зоне зрачка при наличии аберраций 3-го и 5-го порядков соответствует волновая аберрация (при к = 0,000555 мм)
где и' — апертурный угол со стороны изображения; при этом аберрация на краю зрачка равна нулю.
Термооптической аберрации, вызывающей дефокусировку изображения Лг, соответствует волновая аберрация
При одинаковых величинах 8sc<j> и Лг волновая термооптическая аберрация (L/k)T оказывается в 15 раз больше аберрации сферической (LIА,)сф.
К такому же выводу приходим при оценке влияния вторичного спектра, присутствие которого вызывает ту же дефокусировку плоскости наилучшего изображения, положение которой определено для «основной» длины волны, особенно если предположить, что величины монохроматических актиничных потоков одинаковы в эффективной спектральной зоне.
При разработке высокоразрешающих оптических систем, например, апохроматов с особо тщательной коррекцией вторичных аберраций, следует опасаться применения стекол, обладающих термооптическими параметрами Vx, существенно различными для разных длин волн. Неблагоприятная комбинация таких стекол в оптической системе может привести к появлению недопустимо большой хроматической разности термооптических аберраций или, для краткости, в дальнейшем назовем ее термохроматической аберрацией.
Присутствие такой аберрации у высокоразрешающих светосильных длиннофокусных апохроматических объективов может привести при изменении температуры к недопустимому снижению качества изображения.
Как показывает анализ, величина термохроматической аберрации А, равная разности термооптических аберраций (А = б—
— Для длин волн X и %0, может быть представлена для двухкомпонентной системы в виде:
(/,/^)сф — 6085сф1? ,
(13)
(Щт = 900Aru'2.
(14)
(15)
45
Здесь М — -n'.'f'M, где/' — фокусное расстояние объектива; п' — показатель преломления среды пространства изображений; Ai — изменение температуры; Vi, 1 н Vx,2 — термооптические постоянные 1-го и 2-го компонентов для длины волн A,; Va,0,i и V%tj, 2 —соответственно для К0. В выражении (15) предположено, что термооптическая аберрация для длины волны К исправлена.
Рис. 2. Диаграмма термооптических констант стекол, определяющая термохроматическую пару крон—флинт
Отсюда следует условие коррекции термохроматической аберрации в области спектра от до к
