RU2766855C1 - Axial synthesized holographic optical element - Google Patents

Axial synthesized holographic optical element Download PDF

Info

Publication number
RU2766855C1
RU2766855C1 RU2021105075A RU2021105075A RU2766855C1 RU 2766855 C1 RU2766855 C1 RU 2766855C1 RU 2021105075 A RU2021105075 A RU 2021105075A RU 2021105075 A RU2021105075 A RU 2021105075A RU 2766855 C1 RU2766855 C1 RU 2766855C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical element
reflective
working
rings
axial
Prior art date
Application number
RU2021105075A
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 RU2021105075A priority Critical patent/RU2766855C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2766855C1 publication Critical patent/RU2766855C1/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
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/32—Holograms used as optical elements
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
    • G03H1/0272—Substrate bearing the hologram

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention can be used to control the shape of large-size concave aspherical optical surfaces with high steepness and asphericity gradient, both monolithic and composite aspherical mirrors and lenses. Axial synthesized holographic optical element comprises a substrate with a working optical surface of rotation, made in the form of a circular cone, on which a coaxial annular diffraction structure is applied, which is a system of concentric alternating reflecting and non-reflecting rings.
EFFECT: technical result is reduction of dimensions of axial synthesized holographic optical element due to use of diffraction structure providing compensation of longitudinal spherical aberrations of normals to controlled surface or light beams reflected from it.
5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области оптической элементной базы оптико-электронного приборостроения, а именно к голограммным оптическим элементам, применяемым в контрольно-измерительной аппаратуре, и может быть использовано для контроля формы крупногабаритных вогнутых асферических оптических поверхностей с большой крутизной и градиентом асферичности, как монолитных, так и составных асферических зеркал и линз.The invention relates to the field of optical element base of optoelectronic instrumentation, namely to hologram optical elements used in control and measuring equipment, and can be used to control the shape of large-sized concave aspherical optical surfaces with a large steepness and asphericity gradient, both monolithic 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 05.11.1970 г.].An axial synthesized hologram optical element is known (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-reflective rings [Larionov N.P., Lukin A.V., Mustafin K.S. Artificial hologram of the optical surface // Ed. certificate USSR No. 371857. Bull. No. 7 dated February 25, 1978, application No. 1489778 dated November 5, 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 hologram optical element containing a substrate, for example, glass, with a convex working optical surface of rotation, for example, spherical, on which a coaxial annular diffractive 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 // Ed. certificate USSR No. 413373. Bull. No. 4 dated January 30, 1974, application No. 1789673 dated May 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 large steepness and asphericity gradient, both monolithic and composite aspherical mirrors and lenses, are characterized by the presence of both transverse and longitudinal spherical aberrations of the normals to the controlled surface or light rays reflected from it, and the values of the transverse spherical aberrations of the normals or light rays rays, as a rule, is 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 necessary to ensure that a congruence of diffracted light beams is obtained 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 the light rays reflected from it, but can only compensate 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=9600х 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, for the implementation of "full-size" control of the processes of assembly and adjustment of the composite main mirror of the telescope of the space observatory "Millimetron" with a light diameter of 10000 mm and the equation of a concave aspherical working surface y 2 = 9600x, due to its extremely high asphericity and steepness of the shape, an axial synthesized hologram would be required an optical element with a flat working surface of rotation with a light diameter of at least five meters, which cannot be provided with the current state of technology [Lukin A.V., Melnikov A.N., Skochilov A.F., Pyshnov V.N. On the possibilities of laser-holographic control of the processes of assembly and adjustment of the composite primary mirror of a telescope using the example of the space observatory "Millimetron" // Optical journal. 2017. V. 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.An axial synthesized hologram optical element with a convex spherical working surface of rotation will not solve a similar problem, since in this case its required light diameter will be of the order of several meters.

Техническим результатом изобретения 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 invention is to reduce the dimensions of the axial synthesized hologram optical element used to control the shape of large-sized concave aspherical optical surfaces with a large steepness and asphericity gradient, due to the use of a diffraction structure made on the conical working optical surface of the substrate, which provides compensation for longitudinal spherical aberrations of the normals to the controlled 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 настоящему изобретению, рабочая оптическая поверхность подложки выполнена в виде кругового конуса.The technical result is achieved due to the fact that in the axial synthesized hologram optical element containing a substrate with a working optical surface of rotation, on which a coaxial annular diffractive structure is deposited, which is a system of concentric alternating reflective and non-reflective rings, according to the present invention, the working optical surface of the substrate is 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 at least 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 working 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 scattering property for the working spectral range.

На фиг. 1 изображен предложенный осевой синтезированный голограммный оптический элемент в меридиональном сечении.In FIG. 1 shows the proposed axial synthesized hologram optical element in the meridional 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».In FIG. Figure 2 shows an example of using an axial synthesized hologram optical element to control the shape of large-sized concave aspherical optical surfaces with a large steepness and asphericity gradient in relation to the control of assembly and alignment of the Millimetron space telescope's composite main mirror.

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.The axial synthesized hologram 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 diffractive 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 substrate material 1 of the axial synthesized hologram optical element can be colorless optical glass of the K8 brand, and to ensure temperature stability, quartz optical glass of the KU-1 brand or glass-ceramic glass of the SO115M brand [Reference technologist-optics / M.A. Okatov, E.A. Antonov, A. Baigozhin and others; Ed. M.A. Okatova. - St. Petersburg: 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 reflective 3 and non-reflective 4 rings (frequency response 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 controlled part and the parameters of the substrate of the axial synthesized hologram optical element and is calculated by formula (1) from [Belozerov A., Larionov N., Lukin A., Melnikov A. Axial synthesized hologram optical elements: history of development, applications. 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 metallic areas with reflective properties for the working spectral range. For example, it can be a vacuum-sprayed 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 видностыо 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 large steepness and asphericity gradient 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 with the absorption property for the working spectral range, can be implemented in the form of annular zones of metamaterials [Ivchenko E.L., Poddubny A.N. Resonance three-dimensional photonic crystals // Solid State Physics. 2006. T. 48. Issue. 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 with the property of transmission for the working spectral range, can be obtained by, for example, chemical or ion-plasma etching of a metallic reflective coating in the corresponding annular zones of a hologram optical element [Reference technologist-optics / M.A. Okatov, E.A. Antonov, A. Baigozhin and others; Ed. M.A. Okatova. - St. Petersburg: 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 with scattering properties for the working spectral range, can be made by locally destroying the original reflective properties of the metallic reflective coating in the corresponding annular zones of the calculated diffraction structure of the hologram (the so-called holograms with "carrier" spatial frequency of deposition of rings [Belozerov A., Larionov N., Lukin A., Melnikov A. Axial synthesized hologram optical elements: history of development, applications. Part I // Photonics. 2014. No. 4 (46). P. 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.The fabrication of the diffraction structure of the proposed axial synthesized hologram 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 large steepness and asphericity gradient, both monolithic and composite aspherical mirrors and lenses, not only in the process of their manufacture (in the case of composite optical elements - in the assembly process) 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, composite mirrors of space telescopes, since the axial synthesized holographic optical element has a relatively small size and weight, 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».Let us turn to Fig. 2, which shows an axial synthesized hologram optical element for controlling the shape of a large-sized concave aspherical working surface with a large steepness and an aspheric gradient of the Millimetron space telescope's composite main mirror.

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 can be seen from FIG. 2, with laser-holographic control of the shape of a large-sized concave aspherical optical surface, the “point-to-point” control scheme is implemented 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 the processes of assembly and adjustment of the composite primary mirror of a telescope on the example of the space observatory "Millimetron" // Optical journal. 2017. V. 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 deposited, 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 diffraction structure of the axial synthesized hologram optical element 6, the light flux is converted into an aspherical geometric front, after which it 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, while the panel , forming the central zone P1 and three tiers P2 - P4, have the corresponding dimensions and zonal shape of an 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 for the longitudinal spherical aberration of light rays reflected from the controlled surface 7 occurs due to the use of a diffractive 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=9600 л:;- surface equation y 2 =9600 l:;

- 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 µm.

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;• base light diameter D 3 =384 mm;

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

• диапазон пространственных частот ν дифракционной структуры от 120 до 190 мм-1;• range of spatial frequencies ν of the diffractive structure 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 CO115М;• substrate material - glass-ceramic grade CO115M;

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

- параметры схемы контроля:- control scheme 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;• distance a 1 (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.• distance a2 (distance along the optical axis from the point monochromatic source 5 to the image 8 of the point monochromatic source) is equal to 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 are sections of a hologram optical element, implemented 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 implementation 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 that have the property of absorption with a contrast ratio between reflective and non-reflective rings of 0.96, are implemented 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 / Abstract of the thesis. dis. ... cand. physical and mathematical sciences; specialist. 04/01/10 - Physics of semiconductors. - St. Petersburg: Digital Printing Center Publishing House of the Polytechnic University, 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 the property of transmission 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 with 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 hologram optical element 6 and the control circuit are technically feasible.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения 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 invention opens up the possibility of providing control of the shape of large-sized concave aspherical optical surfaces with a large steepness and aspheric gradient of monolithic and composite aspherical mirrors and lenses, both in terrestrial (shop) conditions and in space-based conditions through the use of a diffractive structure made on the conical working optical surface of the substrate, providing compensation for longitudinal spherical aberrations of the normals to the controlled surface or light rays reflected from it, when obtaining a congruence of diffracted light rays with a large non-homocentricity 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 concentric alternating 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. Axial synthesized hologram optical element according to claim 1, characterized in that the contrast ratio between the reflective and non-reflective rings is at least 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. Axial synthesized hologram optical element according to claim 1, characterized in that the non-reflecting rings are areas that have the property of absorption for the working 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. Axial synthesized hologram optical element according to claim 1, characterized in that the non-reflecting rings are sections that have the transmission property 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. Axial synthesized hologram optical element according to claim 1, characterized in that the non-reflecting rings are areas with the scattering property for the working spectral range.
RU2021105075A 2021-02-25 2021-02-25 Axial synthesized holographic optical element RU2766855C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021105075A RU2766855C1 (en) 2021-02-25 2021-02-25 Axial synthesized holographic optical element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021105075A RU2766855C1 (en) 2021-02-25 2021-02-25 Axial synthesized holographic optical element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2766855C1 true RU2766855C1 (en) 2022-03-16

Family

ID=80736856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021105075A RU2766855C1 (en) 2021-02-25 2021-02-25 Axial synthesized holographic optical element

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2766855C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU413373A2 (en) * 1972-05-29 1974-01-30
US5245402A (en) * 1992-06-15 1993-09-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army General aspherical surface optical testing device
US20140043474A1 (en) * 2012-08-07 2014-02-13 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Measuring device for measuring a measurement object and related method
US20170343449A1 (en) * 2015-02-13 2017-11-30 Carl Zeiss Smt Gmbh Test device and method for testing a mirror

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU413373A2 (en) * 1972-05-29 1974-01-30
US5245402A (en) * 1992-06-15 1993-09-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army General aspherical surface optical testing device
US20140043474A1 (en) * 2012-08-07 2014-02-13 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Measuring device for measuring a measurement object and related method
US20170343449A1 (en) * 2015-02-13 2017-11-30 Carl Zeiss Smt Gmbh Test device and method for testing a mirror

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Walker et al. Precessions process for efficient production of aspheric optics for large telescopes and their instrumentation
US5724189A (en) Methods and apparatus for creating an aspheric optical element and the aspheric optical elements formed thereby
Braunecker et al. Advanced optics using aspherical elements
JPWO2002031570A1 (en) Evaluation method of imaging performance
Tuell et al. Optical testing of the LSST combined primary/tertiary mirror
RU2766855C1 (en) Axial synthesized holographic optical element
Delacroix et al. A diamond AGPM coronagraph for VISIR
JPWO2003007045A1 (en) Manufacturing method of projection optical system
RU205115U1 (en) AXIAL SYNTHESIZED HOLOGRAM OPTICAL ELEMENT
Spanò et al. Challenges in optics for Extremely Large Telescope instrumentation
Zhang et al. Review of optical manufacturing 2000 to 2020
Kinast et al. Manufacturing of aluminum mirrors for cryogenic applications
RU2766851C1 (en) Holographic device for controlling shape of large-size concave aspherical optical surfaces
RU205459U1 (en) HOLOGRAPHIC DEVICE FOR CONTROL OF THE SHAPE OF LARGE-SIZED CONCAVE ASPHERIC OPTICAL SURFACES
Carrigan Visible quality aluminum and nickel superpolish polishing technology enabling new missions
Wallner et al. Design of spatial and modal filters for nulling interferometers
Chauvineau et al. Description and performance of mirrors and multilayers for the extreme ultraviolet imaging telescope of the SOHO mission
Hugot et al. Active optics: off axis aspherics generation for high contrast imaging
RU2786688C1 (en) Holographic device for shape control of aspherical optical surfaces
Poleshchuk Computer generated holograms for aspheric optics testing
RU211189U1 (en) Holographic Device for Shape Control of Aspherical Optical Surfaces
Holly et al. Monocrystalline CVD-diamond optics for high-power laser applications
Danilov Computer optics and scientific instrumentation
Nagata et al. Seimei 3.8-m Telescope has been commissioned
Lukin et al. Possibilities of laser-holographic monitoring of assembly and alignment of a segmented primary telescope mirror using the Millimetron space observatory as an example