Нелинейно-оптический метод исследования поперечной сферической аберрации

Представлен расчёт величины поперечной сферической аберрации различных линз в ИК-области спектра. Величина поперечной сферической аберрации линз определяется на основе анализа пространственно-угловой структуры второй оптической гармоники.

Реальные оптические системы обладают различного вида аберрациями. В случае, когда широкий световой пучок нормально падает на фокусирующую линзу, в большей степени проявляется сферическая аберрация, которая оказывает влияние на угловую структуру преобразованного в нелинейном кристалле излучения. Измерения величины сферической в общем, и поперечной сферической аберрации в частности, различного рода линз, применяемых в оптических системах инфракрасной (ИК) оптики, невозможны традиционными методами, которые применимы для видимой области спектра [1]. В данной работе представлены результаты анализа исследования поперечной сферической аберрации различных оптических ИК-линз, основанные на методе преобразования с повышением частоты инфракрасного излучения в нелинейном одноосном кристалле (с использованием компьютерного моделирования).

Компьютерное моделирование частотного преобразования пространственно-углового распределения сфокусированного гауссова пучка проводилось в среде Delphi 7.0. Необходимым условием чёткой визуализации пространственно-угловой структуры второй оптической гармоники являлось наличие кристалла, вырезанного в направлении коллинеарного синхронизма (например, иодата лития). Кристалл устанавливался от исследуемой линзы на расстоянии главного фокуса линзы так, чтобы сфокусированное линзой излучение падало на его переднюю грань. На выходе из кристалла ПЗС–приёмником фиксируется аберрационная структура преобразованного излучения.

По угловым параметрам пространственно-угловой структуры второй оптической гармоники определялись углы падения основного излучения на нелинейный кристалл. Учитывая геометрические характеристики фокусирующей оптической системы, а также углы падения излучения на нелинейный кристалл, определялась величина поперечной сферической аберрации ИК-линзы [2].

Для различных линз при фокусировке излучения в один и тот же кристалл аберрационная структура второй оптической гармоники с учётом поперечной сферической аберрации имеет одинаковый вид, но различные угловые характеристики: радиус-вектор и полярный угол.

Определив угловые параметры и используя основные уравнения расчёта пространственно-угловой структуры второй оптической гармоники, можно вычислить величину поперечной сферической аберрации для различных ИК-линз.

Созданная компьютерная программа для расчета величины поперечной сферической аберрации по анализу пространственно-угловой структуры второй оптической гармоники апробирована на примере линз различного диаметра и материала.

1. 
   М. Борн, Э. Вольф, Основы оптики. М.: Наука, 720, (1973).
   
2. 
   А.И. Илларионов, О.В. Янчук, Нелинейное преобразование излучения по частоте сфокусированного гауссова пучка. // Известия ВУЗов. Физика, 50, № 12, 14-19, (2007).