RU205115U1 - AXIAL SYNTHESIZED HOLOGRAM OPTICAL ELEMENT - Google Patents

AXIAL SYNTHESIZED HOLOGRAM OPTICAL ELEMENT Download PDF

Info

Publication number
RU205115U1
RU205115U1 RU2021105135U RU2021105135U RU205115U1 RU 205115 U1 RU205115 U1 RU 205115U1 RU 2021105135 U RU2021105135 U RU 2021105135U RU 2021105135 U RU2021105135 U RU 2021105135U RU 205115 U1 RU205115 U1 RU 205115U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reflective
optical element
rings
axial
working
Prior art date
Application number
RU2021105135U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Васильевич Лукин
Андрей Николаевич Мельников
Александр Фридрихович Скочилов
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО")
Priority to RU2021105135U priority Critical patent/RU205115U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU205115U1 publication Critical patent/RU205115U1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области оптической элементной базы оптико-электронного приборостроения, а именно к голограммным оптическим элементам, применяемым в контрольно-измерительной аппаратуре, и может быть использована для контроля формы крупногабаритных вогнутых асферических оптических поверхностей с большой крутизной и градиентом асферичности, как монолитных, так и составных асферических зеркал и линз. Осевой синтезированный голограммный оптический элемент содержит подложку с рабочей оптической поверхностью вращения, выполненную в виде кругового конуса, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура, представляющая собой систему концентрических чередующихся отражающих и неотражающих колец, при этом коэффициент контраста между отражающими и неотражающими кольцами составляет не менее 0,8. Полезная модель позволяет уменьшить габариты осевого синтезированного голограммного оптического элемента за счет использования дифракционной структуры, выполненной на конической рабочей оптической поверхности подложки, обеспечивающей компенсацию продольных сферических аберраций нормалей к контролируемой поверхности или световых лучей, отраженных от нее. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to the field of optical element base of optoelectronic instrumentation, namely to holographic optical elements used in control and measuring equipment, and can be used to control the shape of large-sized concave aspherical optical surfaces with high steepness and gradient of asphericity, both monolithic and and composite aspherical mirrors and lenses. An axial synthesized holographic optical element contains a substrate with a working optical surface of rotation, made in the form of a circular cone, on which a coaxial annular diffractive structure is applied, which is a system of alternating concentric reflective and non-reflective rings, while the contrast coefficient between reflective and non-reflective rings is at least 0 ,eight. The utility model makes it possible to reduce the dimensions of an axial synthesized holographic optical element by using a diffractive structure made on a conical working optical surface of the substrate, which compensates for the longitudinal spherical aberrations of the normals to the controlled surface or light rays reflected from it. 4 c.p. f-ly, 2 dwg

Description

Полезная модель относится к области оптической элементной базы оптико-электронного приборостроения, а именно к голограммным оптическим элементам, применяемым в контрольно-измерительной аппаратуре, и может быть использована для контроля формы крупногабаритных вогнутых асферических оптических поверхностей с большой крутизной и градиентом асферичности, как монолитных, так и составных асферических зеркал и линз.The utility model relates to the field of optical element base of optoelectronic instrumentation, namely to holographic optical elements used in control and measuring equipment, and can be used to control the shape of large-sized concave aspherical optical surfaces with high steepness and gradient of asphericity, both monolithic and and composite aspherical mirrors and lenses.

Известен осевой синтезированный голограммный оптический элемент (по устаревшей и неиспользуемой в настоящее время терминологии «искусственная голограмма»), содержащий подложку, например, стеклянную, с плоской рабочей оптической поверхностью вращения, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура, представляющая собой систему концентрических чередующихся отражающих и неотражающих колец [Ларионов Н.П., Лукин А.В., Мустафин К.С. Искусственная голограмма оптической поверхности // Авт. свид. СССР №371857. Бюл. №7 от 25.02.1978 г., заявка №1489778 от 05.1 1.1970 г.].Known axial synthesized holographic optical element (according to the outdated and currently unused terminology "artificial hologram"), containing a substrate, for example, glass, with a flat working optical surface of rotation, on which a coaxial annular diffractive structure is applied, which is a system of concentric alternating reflective and non-reflecting rings [Larionov N. P., Lukin A. V., Mustafin K. S. Artificial hologram of optical surface // Auth. wit. USSR No. 371857. Bul. No. 7 dated 02.25.1978, application No. 1489778 dated 05.1 1.1970].

Прототипом является осевой синтезированный голограммный оптический элемент, содержащий подложку, например, стеклянную, с выпуклой рабочей оптической поверхностью вращения, например, сферической, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура, представляющая собой систему концентрических чередующихся отражающих и неотражающих колец [Лукин А.В., Мустафин К.С, Рафиков Р.А. Устройство для контроля качества оптических поверхностей сложной формы // Авт. свид. СССР №413373. Бюл. №4 от 30.01.1974 г., заявка №1789673 от 29.05.1972 г.].The prototype is an axial synthesized holographic optical element containing a substrate, for example, glass, with a convex working optical surface of rotation, for example, spherical, on which a coaxial annular diffraction structure is applied, which is a system of concentric alternating reflective and non-reflective rings [Lukin A.V., Mustafin K.S., Rafikov R.A. A device for quality control of optical surfaces of complex shape. wit. USSR No. 413373. Bul. No. 4 dated 01/30/1974, application No. 1789673 dated 05/29/1972].

Крупногабаритные вогнутые асферические оптические поверхности с большой крутизной и градиентом асферичности, как монолитных, так и составных асферических зеркал и линз характеризуются наличием одновременно поперечной и продольной сферических аберраций нормалей к контролируемой поверхности или световых лучей, отраженных от нее, причем величины поперечных сферических аберраций нормалей или световых лучей, как правило, существенно больше величин соответствующих продольных сферических аберраций нормалей или световых лучей. При контроле формы этих оптических элементов требуется обеспечить получение конгруэнции дифрагированных световых лучей с большой негомоцентричностыо при большой угловой апертуре.Large-sized concave aspherical optical surfaces with a high steepness and gradient of asphericity, both monolithic and composite aspherical mirrors and lenses, are characterized by the presence of simultaneously transverse and longitudinal spherical aberrations of normals to the controlled surface or light rays reflected from it, and the magnitudes of transverse spherical aberrations of normals or light rays, as a rule, are significantly larger than the values of the corresponding longitudinal spherical aberrations of normals or light rays. When controlling the shape of these optical elements, it is required to provide a congruence of diffracted light beams with a large non-homocentricity at a large angular aperture.

Основным недостатком аналога и прототипа является то, что в силу своих конструктивных особенностей они не могут компенсировать продольные сферические аберрации нормалей к контролируемой поверхности или световых лучей, отраженных от нее, а могут компенсировать только соответствующие поперечные сферические аберрации, что приводит к необходимости использования осевых синтезированных голограммных оптических элементов с чрезмерно большими световыми диаметрами.The main disadvantage of the analogue and the prototype is that, due to their design features, they cannot compensate for the longitudinal spherical aberrations of the normals to the controlled surface or light rays reflected from it, but can compensate only for the corresponding transverse spherical aberrations, which leads to the need to use axial synthesized holograms. optical elements with excessively large light diameters.

В частности, для осуществления «полноразмерного» контроля процессов сборки и юстировки составного главного зеркала телескопа космической обсерватории «Миллиметрон» световым диаметром 10000 мм и уравнением вогнутой асферической рабочей поверхности у2=9600.x в силу своей чрезвычайно высокой асферичности и крутизны формы потребовался бы осевой синтезированный голограммный оптический элемент с плоской рабочей поверхностью вращения световым диаметром не менее пяти метров, что при современном состоянии технологии невозможно обеспечить [Лукин А.В., Мельников А.Н., Скочилов А.Ф., Пышнов В.Н. О возможностях лазерно-голографического контроля процессов сборки и юстировки составного главного зеркала телескопа на примере космической обсерватории «Миллиметрон» // Оптический журнал. 2017. Т. 84. №12. С. 45-49.].In particular, to carry out the "full-size" control of the assembly and alignment processes of the composite main mirror of the Millimetron telescope with a light diameter of 10,000 mm and the equation of a concave aspherical working surface at 2 = 9600.x, due to its extremely high asphericity and steepness of the shape, an axial a synthesized holographic optical element with a flat working surface of rotation with a light diameter of at least five meters, which, given the current state of technology, cannot be provided [AV Lukin, AN Melnikov, AF Skochilov, VN Pyshnov. On the possibilities of laser-holographic control of assembly and alignment processes of the composite main mirror of a telescope on the example of the Millimetron space observatory // Optical journal. 2017. T. 84. No. 12. S. 45-49.].

Подобную задачу не решит и осевой синтезированный голограммный оптический элемент с выпуклой сферической рабочей поверхностью вращения, так как в данном случае требуемый его световой диаметр будет порядка нескольких метров.A similar problem will not be solved by an axial synthesized holographic optical element with a convex spherical working surface of rotation, since in this case its required light diameter will be on the order of several meters.

Техническим результатом полезной модели является уменьшение габаритов осевого синтезированного голограммного оптического элемента, применяемого для контроля формы крупногабаритных вогнутых асферических оптических поверхностей с большой крутизной и градиентом асферичности, за счет использования дифракционной структуры, выполненной на конической рабочей оптической поверхности подложки, обеспечивающей компенсацию продольных сферических аберраций нормалей к контролируемой поверхности или световых лучей, отраженных от нее.The technical result of the utility model is to reduce the dimensions of an axial synthesized holographic optical element used to control the shape of large concave aspherical optical surfaces with a high steepness and gradient of asphericity, due to the use of a diffraction structure made on the conical working optical surface of the substrate, which compensates for the longitudinal spherical aberrations of the normals to monitored surface or light rays reflected from it.

Технический результат достигается за счет того, что в осевом синтезированном голограммном оптическом элементе, содержащем подложку с рабочей оптической поверхностью вращения, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура, представляющая собой систему концентрических чередующихся отражающих и неотражающих колец, согласно настоящей полезной модели, рабочая оптическая поверхность подложки выполнена в виде кругового конуса.The technical result is achieved due to the fact that in an axial synthesized holographic optical element containing a substrate with a working optical surface of rotation, on which a coaxial annular diffractive structure is applied, which is a system of concentric alternating reflective and non-reflective rings, according to the present utility model, the working optical surface of the substrate made in the form of a circular cone.

А также тем, что коэффициент контраста между отражающими и неотражающими кольцами составляет не менее 0,8.And also by the fact that the contrast ratio between reflective and non-reflective rings is not less than 0.8.

А также тем, что неотражающие кольца представляют собой участки, обладающие свойством поглощения для рабочего спектрального диапазона.And also by the fact that non-reflecting rings are areas that have the property of absorption for the working spectral range.

А также тем, что неотражающие кольца представляют собой участки, обладающие свойством пропускания для рабочего спектрального диапазона.And also by the fact that non-reflecting rings are areas that have the property of transmission for the operating spectral range.

А также тем, что неотражающие кольца представляют собой участки, обладающие свойством рассеяния для рабочего спектрального диапазона.And also by the fact that non-reflecting rings are areas that have the property of scattering for the working spectral range.

На фиг. 1 изображен предложенный осевой синтезированный голограммный оптический элемент в меридиональном сечении.FIG. 1 shows the proposed axial synthesized holographic optical element in the meridian section.

На фиг. 2 представлен пример использования осевого синтезированного голограммного оптического элемента для контроля формы крупногабаритных вогнутых асферических оптических поверхностей с большой крутизной и градиентом асферичности применительно к контролю сборки и юстировки составного главного зеркала космического телескопа «Миллиметрон».FIG. 2 shows an example of the use of an axial synthesized holographic optical element to control the shape of large concave aspherical optical surfaces with a high steepness and aspherical gradient as applied to the control of assembly and alignment of the composite main mirror of the Millimetron space telescope.

Осевой синтезированный голограммный оптический элемент (см. фиг. 1) содержит подложку 1 с рабочей оптической поверхностью 2 вращения в виде кругового конуса, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура, представляющая собой систему концентрических чередующихся отражающих 3 и неотражающих 4 колец.An axial synthesized holographic optical element (see Fig. 1) contains a substrate 1 with a working optical surface 2 of rotation in the form of a circular cone, on which a coaxial annular diffraction structure is applied, which is a system of concentric alternating reflective 3 and non-reflective 4 rings.

Материалом подложки 1 осевого синтезированного голограммного оптического элемента может быть бесцветное оптическое стекло марки К8, а для обеспечения температурной стабильности - кварцевое оптической стекло марки КУ-1 или ситалл марки СО115М [Справочник технолога-оптика / М.А. Окатов, Э.А. Антонов, А. Байгожин и др.; Под ред. М.А. Окатова. - СПб.: Политехника, 2004. - С. 30-32].The material of the substrate 1 of the axial synthesized holographic optical element can be K8 colorless optical glass, and to ensure temperature stability - KU-1 quartz optical glass or SO115M sitall [Handbook of optical technologist / M.А. Okatov, E.A. Antonov, A. Baigozhin and others; Ed. M.A. Okatova. - SPb .: Polytechnic, 2004. - S. 30-32].

Закон чередования отражающих 3 и неотражающих 4 колец (частотная характеристика дифракционной структуры осевого синтезированного голограммного оптического элемента) в общем случае определяется расчетными значениями рабочей длины волны монохроматического источника света, параметров выбранной схемы контроля, параметров рабочей поверхности контролируемой детали и параметров подложки осевого синтезированного голограммного оптического элемента и рассчитывается по формуле (1) из [Белозеров А., Ларионов Н., Лукин А., Мельников А. Осевые синтезированные голограммные оптические элементы: история развития, применения. Часть I // Фотоника. 2014. №4 (46). С. 14.].The law of alternation of reflecting 3 and non-reflecting 4 rings (the frequency characteristic of the diffraction structure of an axial synthesized hologram optical element) is generally determined by the calculated values of the operating wavelength of a monochromatic light source, the parameters of the selected control scheme, the parameters of the working surface of the tested part and the substrate parameters of the axial synthesized hologram optical element and is calculated by the formula (1) from [Belozerov A., Larionov N., Lukin A., Melnikov A. Axial synthesized hologram optical elements: history of development, application. Part I // Photonics. 2014. No. 4 (46). S. 14.].

Отражающие кольца 3 представляют собой металлические участки, обладающие свойством отражения для рабочего спектрального диапазона. Например, это может быть алюминиевое покрытие вакуумного напыления для ультрафиолетового, видимого и ближнего инфракрасного спектральных диапазонов, золотое - для среднего и дальнего инфракрасных диапазонов.Reflective rings 3 are metal areas that have the property of reflection for the working spectral range. For example, it can be vacuum deposited aluminum coating for the ultraviolet, visible and near infrared spectral ranges, gold - for the mid and far infrared ranges.

Неотражающие кольца 4 представляют собой участки с коэффициентом контраста между отражающими и неотражающими кольцами не менее 0,8, который определен путем оценочного расчета с использованием справочных данных по отражающим свойствам металлических покрытий и по зеркальным составляющим неотражающих колец в целях получения интерференционной картины с удовлетворительной видностью интерференционных полос при контроле формы крупногабаритных вогнутых асферических оптических поверхностей с большой крутизной и градиентом асферичности монолитных и составных асферических зеркал и линз.Non-reflective rings 4 are areas with a contrast ratio between reflective and non-reflective rings of at least 0.8, which is determined by an estimated calculation using reference data on the reflective properties of metal coatings and on the mirror components of non-reflective rings in order to obtain an interference pattern with satisfactory visibility of interference fringes when controlling the shape of large-sized concave aspherical optical surfaces with a high steepness and gradient of asphericity of monolithic and composite aspherical mirrors and lenses.

Неотражающие кольца 4, представляющие собой участки, обладающие свойством поглощения для рабочего спектрального диапазона, могут быть реализованы в виде кольцевых зон из метаматериалов [Ивченко Е.Л., Поддубный А.Н. Резонансные трехмерные фотонные кристаллы // Физика твердого тела. 2006. Т. 48. Вып. 3. С. 540-547].Non-reflective rings 4, which are areas that have the property of absorption for the working spectral range, can be realized in the form of ring zones from metamaterials [Ivchenko EL, Poddubny A. N. Resonant three-dimensional photonic crystals // Solid State Physics. 2006. T. 48. 3. S. 540-547].

Неотражающие кольца 4, представляющие собой участки, обладающие свойством пропускания для рабочего спектрального диапазона, могут быть получены путем, например, химического или ионно-плазменного вытравливания металлического отражающего покрытия в соответствующих кольцевых зонах голограммного оптического элемента [Справочник технолога-оптика / М.А. Окатов, Э.А. Антонов, А. Байгожин и др.; Под ред. М.А. Окатова. - СПб.: Политехника, 2004. - С. 460-465].Non-reflective rings 4, which are areas that have the property of transmission for the operating spectral range, can be obtained by, for example, chemical or ion-plasma etching of a metallic reflective coating in the corresponding annular zones of the hologram optical element [Handbook of an optical technologist / M.A. Okatov, E.A. Antonov, A. Baigozhin and others; Ed. M.A. Okatova. - SPb .: Polytechnic, 2004. - S. 460-465].

Неотражающие кольца 4, представляющие собой участки, обладающие свойством рассеяния для рабочего спектрального диапазона, могут быть изготовлены путем локального нарушения с помощью специального алмазного резца или сфокусированного лазерного луча исходных отражающих свойств металлического отражающего покрытия в соответствующих кольцевых зонах рассчитанной дифракционной структуры голограммы (так называемые голограммы с «несущей» пространственной частотой нанесения колец [Белозеров А., Ларионов Н., Лукин А., Мельников А. Осевые синтезированные голограммные оптические элементы: история развития, применения. Часть I // Фотоника. 2014. №4 (46). С. 15-16]).Non-reflective rings 4, which are areas that have the property of scattering for the working spectral range, can be made by locally breaking, using a special diamond cutter or a focused laser beam, the original reflective properties of the metal reflective coating in the corresponding annular zones of the calculated diffraction structure of the hologram (the so-called holograms with By the “carrier” spatial frequency of ring deposition [Belozerov A., Larionov N., Lukin A., Melnikov A. Axial synthesized holographic optical elements: history of development, application. Part I // Photonics. 2014. No. 4 (46). 15-16]).

Изготовление дифракционной структуры предложенного осевого синтезированного голограммного оптического элемента, содержащего подложку 1 с рабочей оптической поверхностью 2 вращения в виде кругового конуса, возможно при помощи современных прецизионных токарных станков с числовым программным управлением методом «резца», либо лазерных установок методом «прямой записи» с дальнейшей химической или ионно-плазменной обработкой формируемой структуры.Manufacturing of the diffraction structure of the proposed axial synthesized holographic optical element containing a substrate 1 with a working optical surface 2 of rotation in the form of a circular cone is possible using modern precision lathes with numerical control by the "cutter" method, or laser installations by the "direct recording" method with further chemical or ion-plasma treatment of the formed structure.

Пример конкретного использования.An example of a specific use.

Использование предложенного голограммного оптического элемента открывает возможность выполнять контроль формы крупногабаритных вогнутых асферических оптических поверхностей с большой крутизной и градиентом асферичности, как монолитных, так и составных асферических зеркал и линз не только в процессе их изготовления (в случае составных оптических элементов - в процессе сборки) и аттестации, но и в условиях эксплуатации в космосе в целях осуществления периодического контроля формы (мониторинга возможной разъюстировки), в частности, составных зеркал космических телескопов, поскольку осевой синтезированный голограммный оптический элемент имеет относительно малые размеры и массу, как и вся контрольная голографическая система в целом при малом энергопотреблении.The use of the proposed hologram optical element makes it possible to control the shape of large-sized concave aspherical optical surfaces with a high steepness and gradient of asphericity, both monolithic and composite aspherical mirrors and lenses, not only during their manufacture (in the case of composite optical elements, during assembly) and certification, but also under operating conditions in space in order to carry out periodic control of the shape (monitoring of possible misalignment), in particular, of composite mirrors of space telescopes, since the axial synthesized holographic optical element has relatively small dimensions and mass, like the entire control holographic system as a whole with low power consumption.

Обратимся к фиг. 2, на которой изображен осевой синтезированный голограммный оптический элемент для контроля формы крупногабаритной вогнутой асферической рабочей поверхности с большой крутизной и градиентом асферичности составного главного зеркала космического телескопа «Миллиметрон».Referring to FIG. 2, which shows an axial synthesized holographic optical element for controlling the shape of a large-sized concave aspherical working surface with a high steepness and aspherical gradient of the composite main mirror of the Millimetron space telescope.

Как видно из фиг. 2, при лазерно-голографическом контроле формы крупногабаритной вогнутой асферической оптической поверхности реализуется схема контроля «из точки в другую точку» в целях исключения искажений при получении интерферограммы контролируемой поверхности [Лукин А.В., Мельников А.Н., Скочилов А.Ф., Пышнов В.Н. О возможностях лазерно-голографического контроля процессов сборки и юстировки составного главного зеркала телескопа на примере космической обсерватории «Миллиметрон» // Оптический журнал. 2017. Т. 84. №12. С. 45-49.].As seen in FIG. 2, with laser-holographic control of the shape of a large-sized concave aspherical optical surface, a control scheme is implemented "from point to another point" in order to eliminate distortions when obtaining an interferogram of the controlled surface [Lukin A. V., Melnikov A. N., Skochilov A. F. , Pyshnov V.N. On the possibilities of laser-holographic control of assembly and alignment processes of the composite main mirror of a telescope on the example of the Millimetron space observatory // Optical journal. 2017. T. 84. No. 12. S. 45-49.].

Из точечного монохроматического источника 5 световой поток падает на осевой синтезированный голограммный оптический элемент 6, содержащий подложку 1 с рабочей оптической поверхностью 2 вращения в виде кругового конуса, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура, представляющая собой систему концентрических чередующихся отражающих 3 и неотражающих 4 колец.From a point monochromatic source 5, the light flux falls on an axial synthesized hologram optical element 6 containing a substrate 1 with a working optical surface 2 of rotation in the form of a circular cone, on which a coaxial annular diffraction structure is applied, which is a system of concentric alternating reflective 3 and non-reflective 4 rings.

На дифракционной структуре осевого синтезированного голограммного оптического элемента 6 световой поток преобразуется в асферический геометрический фронт, после чего падает на вогнутую асферическую рабочую оптическую поверхность 7 контролируемого составного главного зеркала, которое состоит из центральной кольцевой зоны с круговым центральным отверстием и трех кольцевых ярусов, при этом панели, образующие центральную зону П1 и три яруса П2 - П4, имеют соответствующие размеры и зональную форму внеосевого вогнутого параболоида.On the diffractive structure of the axial synthesized holographic optical element 6, the light flux is converted into an aspherical geometric front, and then falls on the concave aspherical working optical surface 7 of the controlled composite main mirror, which consists of a central annular zone with a circular central hole and three annular tiers, with the panel forming the central zone P1 and three tiers P2 - P4, have the corresponding dimensions and zonal shape of the off-axis concave paraboloid.

После отражения от вогнутой асферической рабочей оптической поверхности 7 контролируемого составного главного зеркала образуется изображение 8 точечного монохроматического источника.After reflection from the concave aspherical working optical surface 7 of the controlled composite main mirror, an image 8 of a point monochromatic source is formed.

Компенсация продольной сферической аберрации световых лучей, отраженных от контролируемой поверхности 7, происходит за счет использования дифракционной структуры с соответствующим расчетным законом чередования отражающих 3 и неотражающих 4 колец, выполненной на конической рабочей оптической поверхности подложки 1 осевого синтезированного голограммного оптического элемента 6.Compensation of the longitudinal spherical aberration of light rays reflected from the controlled surface 7 is due to the use of a diffraction structure with the corresponding calculated law of alternation of reflective 3 and non-reflective 4 rings, made on the conical working optical surface of the substrate 1 of the axial synthesized hologram optical element 6.

Расчетные значения параметров вогнутой асферической рабочей оптической поверхности 7 контролируемого составного главного зеркала космического телескопа «Миллиметрон»:The calculated values of the parameters of the concave aspherical working optical surface 7 of the controlled composite main mirror of the Millimetron space telescope:

уравнение поверхности у2=9600х;surface equation y 2 = 9600x;

световой диаметр D1=10000 мм;light diameter D 1 = 10000 mm;

световой диаметр центрального отверстия D2=600 мм.light diameter of the central hole D 2 = 600 mm.

Расчетная рабочая длина волны λ=10,6 мкм.Estimated working wavelength λ = 10.6 microns.

В результате расчета получены следующие значения:As a result of the calculation, the following values were obtained:

параметры осевого синтезированного голограммного оптического элемента 6 с подложкой 1, имеющей рабочую оптическую поверхность 2 вращения в виде кругового конуса:parameters of an axial synthesized hologram optical element 6 with a substrate 1 having a working optical surface 2 of rotation in the form of a circular cone:

световой диаметр основания D3=384 мм;light base diameter D 3 = 384 mm;

угол при вершине кругового конуса γ=12,7°;the angle at the apex of the circular cone γ = 12.7 °;

диапазон пространственных частот ν дифракционной структуры от 120 до 190 мм-1;the range of spatial frequencies ν of the diffraction structure is from 120 to 190 mm -1 ;

скважность - 2 (ширина отражающего кольца равна ширине неотражающего кольца);duty cycle - 2 (the width of the reflecting ring is equal to the width of the non-reflecting ring);

материал подложки - ситалл марки СО115М;substrate material - glass-glass of СО115М brand;

подложка 1, имеющая рабочую оптическую поверхность 2 вращения в виде кругового конуса, выполнена полой (облегченной) для снижения ее массы;the substrate 1, which has a working optical surface 2 of rotation in the form of a circular cone, is hollow (lightweight) to reduce its weight;

параметры схемы контроля:control circuit parameters:

расстояние а1 (расстояние вдоль оптической оси от точечного монохроматического источника 5, совпадающего с вершиной вогнутой асферической рабочей поверхности 7, до вершины осевого синтезированного голограммного оптического элемента 6) равно 2947 мм;the distance a 1 (the distance along the optical axis from the point monochromatic source 5, coinciding with the top of the concave aspherical working surface 7, to the top of the axial synthesized hologram optical element 6) is equal to 2947 mm;

расстояние а2 (расстояние вдоль оптической оси от точечного монохроматического источника 5 до изображения 8 точечного монохроматического источника) равно 13000 мм.the distance a 2 (the distance along the optical axis from the point monochromatic source 5 to the image 8 of the point monochromatic source) is 13000 mm.

Отражающие кольца 3 представляют собой участки голограммного оптического элемента, реализованные в виде кольцевых зон с золотым отражающим покрытием вакуумного напыления с подслоем хрома.Reflective rings 3 represent areas of a hologram optical element, realized in the form of annular zones with a gold reflective coating of vacuum deposition with a chromium sublayer.

Примеры конкретного выполнения неотражающих колец 4:Examples of specific performance of non-reflective rings 4:

неотражающие кольца 4, представляющие собой участки, обладающие свойством поглощения с коэффициентом контраста между отражающими и неотражающими кольцами 0,96, реализованы в виде кольцевых зон из трехмерных фотонных кристаллов на основе гранецентрированной кубической матрицы из синтетического опала, поры в которой заполнены диоксидом ванадия [Поддубный А.Н. Теория резонансных фотонных кристаллов и квазикристаллов / Автореф. дис. … канд. физ. - мат. наук; спец. 01.04.10 - Физика полупроводников. - СПб.: Цифровой типографский центр Изд-ва Политехнического ун-та, 2010. - 19 с.];non-reflective rings 4, which are areas with absorption property with a contrast ratio between reflective and non-reflective rings of 0.96, are realized in the form of annular zones of three-dimensional photonic crystals based on a face-centered cubic matrix of synthetic opal, the pores in which are filled with vanadium dioxide [Poddubny A .N. Theory of resonant photonic crystals and quasicrystals / Avtoref. dis. ... Cand. physical - mat. sciences; specialist. 04/01/10 - Physics of semiconductors. - SPb .: Digital Printing Center of the Polytechnic University Publishing House, 2010. - 19 p.];

неотражающие кольца 4, представляющие собой участки, обладающие свойством пропускания с коэффициентом контраста между отражающими и неотражающими кольцами 0,93, получены путем ионно-плазменного вытравливания золотого отражающего покрытия;non-reflective rings 4, which are areas with a transmission property with a contrast ratio between reflective and non-reflective rings of 0.93, obtained by ion-plasma etching of a gold reflective coating;

неотражающие кольца 4, представляющие собой участки, обладающие свойством рассеяния с коэффициентом контраста между отражающими и неотражающими кольцами 0,8, изготовлены путем локального нарушения золотого отражающего покрытия с помощью бицилиндрического алмазного резца.non-reflective rings 4, which are areas that have a scattering property with a contrast ratio between reflective and non-reflective rings of 0.8, are made by locally breaking the gold reflective coating using a bicylindrical diamond cutter.

Видно, что расчетные параметры осевого синтезированного голограммного оптического элемента 6 и схемы контроля являются технически реализуемыми.It can be seen that the calculated parameters of the axial synthesized holographic optical element 6 and the control circuit are technically feasible.

Таким образом, использование предлагаемой полезной модели открывает возможность обеспечения контроля формы крупногабаритных вогнутых асферических оптических поверхностей с большой крутизной и градиентом асферичности монолитных и составных асферических зеркал и линз, как в наземных (цеховых) условиях, так в условиях космического базирования за счет использования дифракционной структуры, выполненной на конической рабочей оптической поверхности подложки, обеспечивающей компенсацию продольных сферических аберраций нормалей к контролируемой поверхности или световых лучей, отраженных от нее, при получении конгруэнции дифрагированных световых лучей с большой негомоцентричностью при большой угловой апертуре, что позволяет уменьшить габариты осевого синтезированного голограммного оптического элемента.Thus, the use of the proposed utility model opens up the possibility of ensuring the control of the shape of large-sized concave aspherical optical surfaces with a high steepness and gradient of asphericity of monolithic and composite aspherical mirrors and lenses, both in ground (shop) conditions, and in space-based conditions due to the use of a diffractive structure, made on a conical working optical surface of the substrate, which compensates for the longitudinal spherical aberrations of the normals to the controlled surface or light rays reflected from it, while obtaining a congruence of diffracted light rays with a large nonhomocentricity at a large angular aperture, which makes it possible to reduce the dimensions of the axial synthesized hologram optical element.

Claims (5)

1. Осевой синтезированный голограммный оптический элемент, содержащий подложку с рабочей оптической поверхностью вращения, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура, представляющая собой систему концентрических чередующихся отражающих и неотражающих колец, отличающийся тем, что рабочая оптическая поверхность подложки выполнена в виде кругового конуса.1. An axial synthesized hologram optical element containing a substrate with a working optical surface of rotation, on which a coaxial annular diffractive structure is applied, which is a system of alternating concentric reflective and non-reflective rings, characterized in that the working optical surface of the substrate is made in the form of a circular cone. 2. Осевой синтезированный голограммный оптический элемент по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент контраста между отражающими и неотражающими кольцами составляет не менее 0,8.2. An axial synthesized holographic optical element according to claim 1, characterized in that the contrast ratio between the reflective and non-reflective rings is not less than 0.8. 3. Осевой синтезированный голограммный оптический элемент по п. 1, отличающийся тем, что неотражающие кольца представляют собой участки, обладающие свойством поглощения для рабочего спектрального диапазона.3. An axial synthesized holographic optical element according to claim 1, characterized in that the non-reflecting rings are areas that have absorption properties for the operating spectral range. 4. Осевой синтезированный голограммный оптический элемент по п. 1, отличающийся тем, что неотражающие кольца представляют собой участки, обладающие свойством пропускания для рабочего спектрального диапазона.4. An axial synthesized holographic optical element according to claim 1, characterized in that the non-reflecting rings are areas that have the property of transmission for the working spectral range. 5. Осевой синтезированный голограммный оптический элемент по п. 1, отличающийся тем, что неотражающие кольца представляют собой участки, обладающие свойством рассеяния для рабочего спектрального диапазона.5. An axial synthesized holographic optical element according to claim 1, characterized in that the non-reflecting rings are areas that have a scattering property for the operating spectral range.
RU2021105135U 2021-02-25 2021-02-25 AXIAL SYNTHESIZED HOLOGRAM OPTICAL ELEMENT RU205115U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021105135U RU205115U1 (en) 2021-02-25 2021-02-25 AXIAL SYNTHESIZED HOLOGRAM OPTICAL ELEMENT

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021105135U RU205115U1 (en) 2021-02-25 2021-02-25 AXIAL SYNTHESIZED HOLOGRAM OPTICAL ELEMENT

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU205115U1 true RU205115U1 (en) 2021-06-28

Family

ID=76820332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021105135U RU205115U1 (en) 2021-02-25 2021-02-25 AXIAL SYNTHESIZED HOLOGRAM OPTICAL ELEMENT

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU205115U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU413373A2 (en) * 1972-05-29 1974-01-30
RU2467286C1 (en) * 2011-06-06 2012-11-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО "ГИПО") Device to align two-mirror aligned optical system
DE102015202695A1 (en) * 2015-02-13 2016-08-18 Carl Zeiss Smt Gmbh Test device and method for testing a mirror
RU186481U1 (en) * 2018-09-25 2019-01-22 АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (АО "НИИ ОЭП") INTERFEROMETRIC DEVICE FOR CENTERING OPTICAL ELEMENTS WITH ASPHERIC SURFACES IN FRAMES
CN110986823A (en) * 2019-12-19 2020-04-10 华中科技大学 Large-caliber correcting mirror surface shape measuring system and method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU413373A2 (en) * 1972-05-29 1974-01-30
RU2467286C1 (en) * 2011-06-06 2012-11-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО "ГИПО") Device to align two-mirror aligned optical system
DE102015202695A1 (en) * 2015-02-13 2016-08-18 Carl Zeiss Smt Gmbh Test device and method for testing a mirror
RU186481U1 (en) * 2018-09-25 2019-01-22 АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (АО "НИИ ОЭП") INTERFEROMETRIC DEVICE FOR CENTERING OPTICAL ELEMENTS WITH ASPHERIC SURFACES IN FRAMES
CN110986823A (en) * 2019-12-19 2020-04-10 华中科技大学 Large-caliber correcting mirror surface shape measuring system and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Palmer et al. Diffraction gratings (manufacture)
Walker et al. Precessions process for efficient production of aspheric optics for large telescopes and their instrumentation
EP0323238A2 (en) Diffraction grating and manufacturing method thereof
JPS62502150A (en) Graded index aspherical combiner and display system using it
Hulburd et al. Segmented mirrors for atmospheric compensation
Martin et al. Fabrication of mirrors for the Magellan Telescopes and the Large Binocular Telescope
RU205115U1 (en) AXIAL SYNTHESIZED HOLOGRAM OPTICAL ELEMENT
Tuell et al. Optical testing of the LSST combined primary/tertiary mirror
RU2766855C1 (en) Axial synthesized holographic optical element
Steiner et al. Fabrication of low straylight holographic gratings for space applications
Zhang et al. Review of optical manufacturing 2000 to 2020
Spanò et al. Challenges in optics for Extremely Large Telescope instrumentation
JP3553986B2 (en) Double vessel beam generation method and apparatus
WO2020216625A1 (en) Grating chip for a magneto-optical trap and fabrication method
RU205459U1 (en) HOLOGRAPHIC DEVICE FOR CONTROL OF THE SHAPE OF LARGE-SIZED CONCAVE ASPHERIC OPTICAL SURFACES
RU2766851C1 (en) Holographic device for controlling shape of large-size concave aspherical optical surfaces
Carrigan Visible quality aluminum and nickel superpolish polishing technology enabling new missions
Chauvineau et al. Description and performance of mirrors and multilayers for the extreme ultraviolet imaging telescope of the SOHO mission
RU169716U1 (en) Device for controlling convex aspherical optical surfaces of high-precision large-sized mirrors
Kuhn et al. The small-ELF project: Toward an ultra-large coronagraphic optical receiver
RU211189U1 (en) Holographic Device for Shape Control of Aspherical Optical Surfaces
RU2786688C1 (en) Holographic device for shape control of aspherical optical surfaces
Danilov Computer optics and scientific instrumentation
Tuell et al. Fabrication of the LSST monolithic primary-tertiary mirror
Angel et al. 20-and 30-m telescope designs with potential for subsequent incorporation into a track-mounted pair (20/20 or 30/30)

Legal Events

Date Code Title Description
MG9K Termination of a utility model due to grant of a patent for identical subject

Ref document number: 2766855

Country of ref document: RU

Effective date: 20220316