Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
402 Глава 13. Адаптация в оптико-электронных приборах
ми обычно низкочастотный характер (с частотами IO"3...5 Гц) атмосферными искажениями, спектр которых высокочастотный (частоты до 1 кГц).
Средства компенсации этих искажений можно разделить на две основные группы. В одних случаях фаза волнового фронта может регулироваться изменением скорости распространения света, в других -изменением геометрии оптической системы. В системах первой группы используются оптические материалы, обычно кристаллы, с управляемыми оптическими характеристиками. В них не удается обеспечить широкий спектральный диапазон, работу с широкими пучками, требуемые амплитудно-частотные характеристики. Поэтому на практике гораздо более широко распространены системы с изменяемой геометрией, что обычно достигается путем направленной деформации поверхности одного или нескольких зеркал, входящих в оптическую систему.
Кроме этих двух групп известны адаптивные когерентные оптические системы, работающие на основе эффекта обращения волнового фронта в средах с нелинейными оптическими свойствами [23]. Эта группа (нелинейная адаптивная оптика) находит пока ограниченное практическое применение.
С развитием оптических адаптивных систем связаны перспективы совершенствования крупногабаритных телескопов, и в частности, создание систем с диаметром в несколько метров и даже в несколько десятков метров. Наиболее крупногабаритные главные зеркала современных телескопов изготовляют облегченными, менее жесткими, из менее качественных материалов, с большими остаточными погрешностями обработки, что в совокупности заметно снижает массу зеркала, уменьшает сроки и стоимость его изготовления. Активная коррекция (адаптация формы зеркала) осуществляется через систему разгрузки главного зеркала и характеризуется низкими частотами (до і Гц).
В большинстве случаев адаптивными строят вторичные и вспомогательные малые зеркала. Небольшие их массы позволяют компенсировать быстро изменяющиеся деформации волнового фронта, вызванные атмосферной турбулентностью, вибрациями конструкции телескопа и рядом других причин.
Применение адаптации позволяет существенно приблизиться к дифракционному пределу разрешения в современных телескопах. В некоторых телескопах разрешение в видимом диапазоне уже составляет 0,2"... 0,3".
Адаптивная оптика успешно используется при разработке составных крупногабаритных оптических систем, применяемых в аст-
403 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
рономии, в лазерных наземных и космических системах вооружения, других системах дистанционного зондирования. В таких системах одной из проблем является создание искусственных опорных источников, по отношению к изображению которых ведется оценка искажений волнового фронта приходящего оптического сигнала. Эти источники могут быть внешними или внутренними по отношению к оптической системе. Иногда внешним источником может быть и сам наблюдаемый или контролируемый объект, в некоторых случаях — это маяк, устанавливаемый на земле, на другом спутнике и т.д. Для создания внутреннего опорного источника часто используется лазер и автоколлимационная схема с уголковыми отражателями, жёстко связанными с конструкцией всей системы. В некоторых современных разработках вместо уголковых отражателей (триппель-призм) стали применять голографический рельеф (световозвращатель), наносимый на поверхность зеркала, профиль которого изменяется в процессе адаптации.
Одним из основных ограничений в адаптивных оптических системах является малость изопланатического углового поля, в котором характер искажений волнового фронта постоянен. Небольшой размер этого поля затрудняет работу адаптивных систем, в частности, из-за возможного отсутствия в нем внешнего опорного источника. Это свойственно, например, адаптивным телескопам, для которых в малых угловых полях часто затруднительно найти достаточно яркий опорный источник — звезду. Для решения возникающей проблемы было предложено создавать искусственные лазерные опорные звезды в атмосфере, т.е. использовать обратное рэлеевское рассеяние лазерного пучка в атмосфере на высотах 10...20 км или резонансную флюоресценцию атомов натрия в мезосфере на высоте около 90 км. При использовании лазера с мощностью 6 Вт были образованы искусственные звёзды размером 1"...2" и яркостью 10... 14-й звездной величины.
Контрольные вопросы
1. Какие звенья ОЭП наиболее чувствительны к изменению мощности оптического сигнала, приходящего на вход прибора?
2. Приведите пример адаптации зрительного органа живых организмов.
3. Что сильнее влияет на значение потока, приходящего на вход ОЭП: изменение расстояния до излучателя или изменение силы его излучения?
4. Сравните адаптивные системы с фазовым сопряжением и с апертурным зондированием. Глава 14. Энергетические расчеты оптико-электронных приборов
Часть III
МЕТОДЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ
Глава 14. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ
14.1. Критерии качества оптико-электронных приборов
