Optische Spezifikationen werden beim Entwurf und bei der Herstellung einer Komponente oder eines Systems verwendet, damit die Komponente oder das System bestimmte Leistungs anforderungen genau erfüllen kann. Optische Spezifikationen sind aus zwei Gründen nützlich: Erstens können sie akzeptable Grenzwerte für Schlüssel parameter angeben, die die Leistung eines Systems bestimmen. und zweitens können sie die Menge an Ressourcen bestimmen (i.e., zeit und Kosten), die für die Produktion aufgewendet werden sollten.
Parameter eines optischen Systems, die unter oder über spezifiziert sind, können seine Leistung beeinträchtigen, was zu unnötiger Verschwendung von Ressourcen führt. Wenn nicht alle erforderlichen Parameter korrekt eingestellt werden, kann dies zu einer Unter spezifikation führen, was die Leistung beeinträchtigen kann. Eine zu genaue Definition von System parametern ohne Berücksichtigung von Abweichungen der optischen oder mechanischen Anforderungen kann zu einer Über spezifikation führen, was die Kosten-und Produktions schwierigkeiten erhöhen kann. Um optische Spezifikationen zu verstehen, ist es wichtig, zuerst zu verstehen, was sie bedeuten, wenn Sie also die am häufigsten verwendeten Spezifikationen kennen, erhalten Sie die stärkste Grundlage für das Verständnis der Spezifikationen fast aller optischen Produkte.
Durchmesser toleranzen für kreisförmige Optiken liefern einen Bereich akzeptabler Durchmesser werte. Diese Produktions spezifikation variiert je nach Können und Fähigkeiten bestimmter optischer Verarbeitung unternehmen, die die Optik herstellen. Während die Durchmesser toleranz keinen Einfluss auf die optische Leistung der Optik selbst hat, ist dies eine sehr wichtige mechanische Toleranz, die Sie berücksichtigen müssen, wenn Sie die Optik an einer beliebigen Art von Befestigung montieren. Wenn beispiels weise der Durchmesser einer Linse von ihrem Nennwert abweicht, besteht die Gefahr, dass die mechanische Achse in der montierten Baugruppe von der optischen Achse abweicht. was zu einer Exzentr izität des Lichts führt. Typischer weise betragen die Produktions toleranzen für den Durchmesser: 0,00/-0,10mm für die allgemeine Qualität, 0,00/-0,050mm für die Präzisions qualität und 0,000/-0,010mm für die hohe Qualität.
2. mittlere Dicke Toleranz Die mittlere Dicke eines optischen Elements (am häufigsten eine Linse) misst die Dicke des Materials im mittleren Teil des optischen Elements. Die Mitten dicke wird durch die mechanische Achse der Linse gemessen, die als Achse zwischen den Außenkanten der Linse definiert ist. Variationen in der Mittel dicke einer Linse beeinflussen die optische Leistung, da die Mittel dicke und ihr Krümmung radius die Länge des optischen Lichtwegs durch die Linse bestimmen. Typischer weise betragen die Produktions toleranzen für die Mittel dicke:/-0,20mm für die durchschnitt liche Qualität,/-0,050mm für die Präzisions qualität und/-0,010mm für die hohe Qualität.
Der Krümmung radius ist der Abstand zwischen dem Scheitel punkt des optischen Elements und dem Krümmung mittelpunkt. Der Radius kann positiv, Null oder negativ sein, je nachdem, ob die Oberfläche konvex, flach oder konkav ist. Wenn der Wert des Krümmung radius bekannt ist, die Länge des optischen Weges eines Lichtstrahls durch eine Linse oder einen Spiegel kann bestimmt werden und spielt auch eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Oberflächen leistung. Die Produktions toleranz für den Krümmung radius beträgt typischer weise/-0,5, kann jedoch für präzise Anwendungen bis zu/-0,1% oder/-0,01% betragen, wenn eine sehr hohe Qualität erforderlich ist. h3> Das Zentrum einer Mittel linse, auch Zentri petal oder außer mittig genannt, wird basierend auf der Strahl abweichung δ (Gleichung 1) angegeben. Sobald die Strahl abweichung angegeben ist, kann der Keil winkel W durch eine einfache Beziehung berechnet werden (Gleichung 2). Die Zentrifugal menge der Linse ist der Abstand, um den die mechanische Achse physikalisch von der optischen Achse abweicht. Die mechanische Achse einer Linse ist einfach die geometrische Achse der Linse, definiert durch ihre äußere zylindrische Oberfläche. Die optische Achse einer Linse wird durch die optischen Oberflächen definiert, bei denen es sich um Linien handelt, die die Krümmung zentren jeder Oberfläche verbinden. Um einen zentri petalen Test durch zuführen, legen Sie die Linse in eine Tee tasse und üben Sie Druck darauf aus. Der auf die Linse ausgeübte Druck konvergiert automatisch auf den Krümmung mittelpunkt der ersten Oberfläche in der Mitte der Tee tasse, und dieses Zentrum wird auch mit der Rotations achse ausgerichtet. Paralleles Licht, das entlang dieser Rotations achse herein kommt, tritt durch die Linse und erreicht den Brennpunkt in der hinteren Brennebene. Während sich die Linse mit der Drehung der Tee tasse dreht, verteilt jede Exzentr izität in der Linse den fokussierten Strahl und erzeugt eine kreisförmige Flugbahn mit dem Radius Δ in der hinteren Brennebene.
Der quDie Qualität einer optischen Oberfläche wird verwendet, um die Oberflächen eigenschaften eines optischen Produkts zu messen, und deckt eine Reihe von Unvollkommenheiten wie Kratzer und Gruben ab. Die meisten dieser Oberflächen fehler sind rein kosmetisch und beeinträchtigen die System leistung nicht stark, obwohl sie einen geringen Rückgang des System durchsatzes und eine feinere Streuung des Streulichts verursachen können. Einige Oberflächen reagieren jedoch empfindlicher auf diese Effekte, z. B. (1) Oberflächen mit Bildebenen, da diese Unvollkommenheiten eine Fokussierung erzeugen können, und (2) Oberflächen mit hohen Leistungs pegeln. da diese Unvollkommenheiten die Energie absorption erhöhen und das optische Produkt ruinieren können. Die am häufigsten verwendete Spezifikation für die Oberflächen qualität ist die durch MIL-PRF-13830B dargestellte Kratz-und Lochfraß spezifikation. Kratz namen werden bestimmt, indem Kratzer auf einer Oberfläche mit einer Reihe von Standard kratzern verglichen werden, die unter kontrollierten Licht bedingungen bereit gestellt werden. Anstatt die tatsächlichen Kratzer davon zu beschreiben, vergleicht der Scratch-Name sie mit Standard kratzern basierend auf den MIL-Spezifikationen. Gruben namen beziehen sich jedoch direkt auf Punkte oder kleine Gruben auf einer Oberfläche. Gruben namen werden berechnet, indem der Durchmesser der Gruben in Mikrometer durch 10 geteilt wird. Typischer weise wird eine Kratz gruben spezifikation zwischen 80 und 50 als Standard qualität angesehen, zwischen 60 und 40 als genaue Qualität und zwischen 20 und 10 als hochpräzise Qualität.
P> Die Oberflächen ebenheit ist eine Art Spezifikation zur Messung der Oberflächen genauigkeit, mit der die Abweichung von flachen Oberflächen wie Spiegeln, Fensters tücken, Prismen oder flachen Spiegeln gemessen wird. Sie können diese Abweichung mit einem optischen flachen Kristall messen, bei dem es sich um eine hochwertige, hochpräzise Referenz ebene zum Vergleich der Glätte von Proben handelt. Wenn die flache Oberfläche des zu testenden optischen Produkts gegen den optischen flachen Kristall gelegt wird, erscheinen Streifen, Deren Form die Glätte der Oberfläche des zu prüfenden optischen Produkts anzeigt. Wenn die Streifen gleich verteilt sind und parallele gerade Linien sind, ist die getestete optische Oberfläche mindestens so flach wie der optische Flach kristall. Wenn die Streifen gekrümmt sind, die Anzahl der Streifen zwischen zwei gestrichelten Linien (Eine gestrichelte Linie tangiert zum Mittelpunkt des Streifens und die andere gestrichelte Linie, die durch den Endpunkt desselben Streifens verläuft) zeigt auf einen Glätte fehler. Abweichungen in der Glätte werden normaler weise in Form von Welligkeit werten (λ) gemessen, die aus mehreren Wellenlängen der Test quelle bestehen. Ein Streifen entspricht ½ einer Wellenlänge. Eine Glätte von 1 λ zeigt ein allgemeines Qualitäts niveau an; eine Glätte von λ/4 zeigt ein genaues Qualitäts niveau an; und eine Glätte von λ/20 zeigt ein hochpräzises Qualitäts niveau an.
Die Blenden zahl ist eine Art Spezifikation zur Messung der Oberflächen genauigkeit, die auf gekrümmte optische Oberflächen oder Oberflächen mit Leistung anwendbar ist. Der Apertur nummern test ähnelt einem Ebenheit stest darin, dass die Oberfläche mit einer Referenz fläche mit einem kolleg ialen Krümmung radius verglichen wird. Unter Verwendung des gleichen Interferenz prinzips, das durch den Spalt zwischen den beiden Oberflächen erzeugt wird, wird ein gestreiftes Interferenz muster verwendet, um die Abweichung der Test oberfläche von der Referenz fläche anzuzeigen. Die Abweichung von der Referenz erzeugt eine Reihe von Ringen, die als Newtonringe bezeichnet werden. Je mehr Ringe vorhanden sind, desto größer ist die Abweichung. Die Anzahl der dunklen oder hellen Ringe und nicht die Gesamtzahl der dunklen und hellen Ringe entspricht dem doppelten Wellenlängen fehler.
Unregelmäßigkeit ist eine Art von Spezifikation, die die Genauigkeit einer Oberfläche misst und die Abweichung der Oberflächen form von einer Referenz oberflächen form beschreibt. Unregelmäßigkeit wird auf die gleiche Weise wie die Blenden zahl gemessen. Unregelmäßigkeit ist der kugelförmige kreisförmige Streifen, der durch Vergleichen der Test oberfläche mit einer Referenz fläche gebildet wird. Wenn die Oberfläche eine Blenden zahl von mehr als 5 Streifen aufweist, ist es schwierig, kleine unregelmäßige Formen zu erkennen, die kleiner als 1 Streifen sind. Daher ist es üblich, das Verhältnis der Anzahl der Öffnungen zur Unregelmäßigkeit der Oberfläche so zu spezifizieren, dass es ungefähr 5:1 beträgt. Oberflächen beschaffenheit, auch als Oberflächen rauheit bekannt, wird verwendet, um einige der kleinen Unregelmäßigkeiten einer Oberfläche zu messen. Sie sind normaler weise das Ergebnis schlechter Polier prozesse. Raue Oberflächen sind tendenziell abriebfester als glatte Oberflächen und sind möglicher weise nicht für einige Anwendungen geeignet, insbesondere bei Anwendungen mit Lasern oder in überhitzten Umgebungen. aufgrund der Möglichkeit kleiner Brüche oder Unvollkommenheiten an der Keimbildung stelle. Eine Produktions toleranz von 50 Å RMS für die Oberflächen veredelung zeigt die durchschnitt liche Qualität an, bei 20 Å RMS zeigt die genaue Qualität an und bei 5 Å RMS zeigt eine hohe Qualität an.
Der Brechung index eines Mediums ist das Verhältnis der Licht geschwindigkeitIn einem Vakuum zur Licht geschwindigkeit im Medium. Der Brechung index von Glas liegt im Allgemeinen zwischen 1,4 und 4,0, und der Brechung index bereich von Sicht glas ist etwas kleiner als der von Glas, das für Infrarot licht optimiert ist. Zum Beispiel hat N-BK7 (ein allgemein sichtbares Glas) einen Brechung index von 1,517, jedoch Germanium (ein Allzweck-Infrarot glas) Hat einen Brechung index von 4,003. Der Brechung index von optischem Glas ist eine wichtige Eigenschaft, da die Leistung einer optischen Oberfläche aus der Differenz zwischen dem Radius von abgeleitet wird Krümmung der Oberfläche und der Brechung index des Mediums auf beiden Seiten der Oberfläche. Der Glasher steller gibt Inhomogen ität als Variation des Brechung index des Glases an. Inhomogen ität wird nach verschiedenen Klassen spezifiziert, bei denen Grad und Inhomogen ität umgekehrt miteinander verwandt sind, wobei die Inhomogen ität mit zunehmendem Grad abnimmt.
Eine andere materielle Eigenschaft von Glas ist der Dispersion koeffizient, der verwendet wird, um die vom Glas vorgestellte Dispersion menge zu quantifizieren. Es ist der Brechung index des Materials bei den Wellenlängen f (486,1 nm), d (587,6 nm) und c (656,3 nm) (Gleichung 3). (4) Der Bereich der Dispersion koeffizient werte für vd = nd-1nf-ncvd = nd-1nf-nc liegt üblicher weise zwischen 25 und 65. Wenn der Dispersion koeffizient eines Glases größer als 55 ist (weniger Dispersion), wird das Glas als Corona-Glas betrachtet, während solche mit Dispersion koeffizienten von weniger als 50 (mehr Dispersion) Gelten als Feuerstein glas. Aufgrund der Dispersion variiert der Brechung index eines Glases in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Das bedeutendste Ergebnis der Dispersion ist, dass die Brennweite des Systems für verschiedene Wellenlängen des Lichts leicht unterschied lich ist. H3> Lasers chäden schwelle Die Lasers chäden schwelle ist die maximale Laser leistung, die von der Oberfläche jedes Bereichs vor Lasers chäden toleriert werden kann. Sowohl gepulste Laser als auch Dauer laser (CW) weisen entsprechende Lasers chädigung schwellen auf. Lasers chäden schwellen sind eine sehr wichtige Materials pezifi kation für Spiegel, da sie jedoch in Verbindung mit Laser produkten und nicht mit anderen Optiken verwendet werden. Jede Laser optik liefert Schwellen werte. Betrachten Sie beispiels weise einen Ti: Sapphire-Laser reflektor mit einer Schadens wert schwelle von 0,5 J/cm2 @ 150 Femto sekunden impulse und 100kW/cm2 CW. Dies würde darauf hindeuten, dass der Reflektor einen ankommenden Femto sekunden-gepulsten Laser mit hoher Wiederholung mit einer Energie dichte von 0,5 J pro Quadrat zentimeter tolerieren kann. oder ein Hochleistungs-CW-Laser mit einer Energie dichte von 100kW pro Quadrat zentimeter. Wenn der Laserstrahl auf eine kleinere Fläche konzentriert ist, müssen Maßnahmen in Betracht gezogen werden, um sicher zustellen, dass die Gesamt schwelle nicht um den angegebenen Wert übers ch ritten wird.
Obwohl es eine Reihe anderer Produktions-, Oberflächen-und Materials pezifi kationen gibt, kann Verwirrung erheblich vermieden werden, wenn die am häufigsten verwendeten optischen Spezifikationen verstanden werden. Linsen, Spiegel, Fenster, Filter, Polarisatoren, Prismen, Strahlteiler, Gitter und optische Fasern haben eine Vielzahl von Attributen, wenn Sie also verstehen, wie sie miteinander in Beziehung stehen und wie sie sich auf die Gesamtsystem leistung auswirken, können Sie die besten Komponenten auswählen, die in Ihre optischen, bildgebenden oder opto elektronischen Anwendungen integriert werden können.
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