eng
Выпуск #5/2019
А. Н. Мельников
Технологии формообразования светосильных дифракционных оптических элементов на основе использования делительной техники маятникового типа
Технологии формообразования светосильных дифракционных оптических элементов на основе использования делительной техники маятникового типа
Просмотры: 2572
Рассмотрены особенности и ограничения технологий формообразования и перспективные области использования светосильных дифракционных оптических элементов. Для целого ряда приложений необходимо изготавливать нарезные светосильные дифракционные оптические элементы на сферических и асферических поверхностях с большой стрелкой прогиба, что на практике недостижимо с применением имеющегося технологического оборудования. Предлагаются технические решения, открывающие возможность расширить номенклатуру светосильных дифракционных оптических элементов, на основе использования делительной техники маятникового типа с последующим реплицированием дифракционной структуры в полимерном слое.
DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2019.13.5.468.475
DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2019.13.5.468.475
Теги: high-aperture compact spectrograph high-aperture diffraction optical elements high-aperture ruled gratings master matrix pendulum-type ruling engine photopolymers ranges of application replication shaping techniques делительная машина маятникового типа мастер-матрица области применения реплицирование светосильные дифракционные оптические элементы светосильные нарезные дифракционные решетки светосильный компактный спектрограф технологии формообразования фотополимеры
А. Н. Мельников, gipo@telebit.ru АО «НПО «Государственный институт прикладной оптики», Казань, Россия
Рассмотрены особенности и ограничения технологий формообразования и перспективные области использования светосильных дифракционных оптических элементов. Для целого ряда приложений необходимо изготавливать нарезные светосильные дифракционные оптические элементы на сферических и асферических поверхностях с большой стрелкой прогиба, что на практике недостижимо с применением имеющегося технологического оборудования. Предлагаются технические решения, открывающие возможность расширить номенклатуру светосильных дифракционных оптических элементов, на основе использования делительной техники маятникового типа с последующим реплицированием дифракционной структуры в полимерном слое.
Ключевые слова: светосильные дифракционные оптические элементы, светосильные нарезные дифракционные решетки, технологии формообразования, области применения, светосильный компактный спектрограф, делительная машина маятникового типа, мастер-матрица, реплицирование, фотополимеры.
Статья получена: 28.05.2019. Принята к публикации: 16.07.2019.
High-aperture diffraction optical element shaping techniques based on the use of pendulum-type ruling engines
A. N. Melnikov, gipo@telebit.ru JSC «NPO «State Institute of Applied Optics», Kazan, Russia
This paper touches upon the features and limitations of shaping techniques and promising application ranges of high-aperture diffraction optical elements. A number of applications require manufacturing ruled high-aperture diffraction optical elements on spherical and aspherical surfaces with a large sag, which is unachievable in practice with the existing manufacturing equipment. Engineering solutions have been suggested that open up the possibility to broaden the range of high-aperture diffraction optical elements basing on the use of pendulum-type ruling engines with subsequent replication of diffraction structure in the polymer layer.
Key words: high-aperture diffraction optical elements, high-aperture ruled gratings, shaping techniques, ranges of application, high-aperture compact spectrograph, pendulum-type ruling engine, master matrix, replication, photopolymers.
Received: 28.05.2019. Accepted: 16.07.2019.
При создании компактных и светосильных аналитических спектральных приборов для решения ряда задач фундаментального, поискового и прикладного характера (фундаментальные исследования, контроль излучения плазмы, дистанционное зондирование Земли из космоса, экологический мониторинг, контроль химического состава веществ и др.) необходимо использовать отражательные и пропускающие светосильные дифракционные оптические элементы (ДОЭ) с высокой дифракционной эффективностью на выпуклых и вогнутых сферических и асферических поверхностях с большой стрелкой прогиба (большой крутизной) рабочей поверхности [1–4]. Такие ДОЭ обладают как диспергирующими свойствами, так и оптической силой, что позволяет минимизировать массогабаритные характеристики спектральных приборов, а также улучшить их энергетические и аберрационные характеристики.
В настоящее время ДОЭ подобного типа изготавливаются на основе применения следующих технологий [5–20]:
нарезная технология, реализуемая с использованием делительных машин и высокоточных токарных станков с числовым программным управлением;
голографические технологии;
фотолитографические технологии;
3D‑технологии полимеризации в фотополимерных материалах.
В качестве иллюстрации в таблице 1 приведены параметры неплоских нарезных и голограммных дифракционных решеток стандартного ряда, предлагаемых в настоящее время в каталогах некоторых фирм; из таблицы 1 видно, что наибольшее значение стрелки прогиба рабочей поверхности для нарезных дифракционных решеток составляет 4,02 мм, для голограммных – 8,02 мм. При этом, как известно, классические нарезные технологии обеспечивают достижение наибольших значений дифракционной эффективности, но уступают голограммным технологиям по светосиле.
Фотолитографические технологии на базе применения аппаратуры прямой лазерной записи обеспечивают формообразование структуры ДОЭ на неплоских поверхностях со стрелками прогиба не более 5,2 мм [9, 20]. Имеющиеся технологические ограничения определяются характером зависимости размера пятна рассеяния записывающей лазерной системы от изменения угла между нормалью к рабочей поверхности ДОЭ и оптической осью формирующего объектива, чувствительностью и контрастом используемого фотоматериала, что в результате вызывает неравномерность дифракционной эффективности в пределах светового диаметра ДОЭ.
3D‑технологии полимеризации в фотополимерных материалах позволяют получать трехмерные дифракционные структуры на ограниченном световом диаметре – в пределах нескольких миллиметров [10, 15].
Таким образом, в настоящее время наиболее перспективным направлением, обеспечивающим возможность создания светосильных ДОЭ с высокой дифракционной эффективностью, является реализация нарезных технологий с необходимостью разработки принципиально нового технологического оборудования.
В работе [21] рассмотрен пример расчета и оптимизации оптической схемы компактного светосильного спектрографа, построенного на основе использования вогнутой отражательной неклассической нарезной дифракционной решетки.
Оптимизированные параметры оптической схемы спектрографа следующие:
пространственная частота штрихов решетки в вершине 712 мм–1;
коэффициенты неравномерности шага равны соответственно α = –0,00278, β = 2,702 · 10–6, Г = 6,433 · 10–8, Δ = 6,182 · 10–10, ε = 9,304 · 10–12;
угол падения 5,7°, угол дифракции на 600 нм равен 19,157°, разворот нормали к поверхности изображения составляет 8,387°;
изображение спектра длиной 28 мм формируется на вогнутой цилиндрической поверхности радиусом 47,6 мм;
обратная линейная дисперсия 14,29 нм / мм;
эквивалентное относительное отверстие 1 : 1,75.
Ширина аппаратной функции оптимизированной схемы на половине максимума составляет 100; 100 и 105,6 мкм для 400, 600 и 800 нм, соответственно. С учетом обратной линейной дисперсии спектральный предел разрешения равен 1,43; 1,43 и 1,51 нм для тех же контрольных длин волн. Для сравнения ширина аппаратной функции исходной схемы составляет 102,4; 137,6 и 172,8 мкм. Спектральный предел в этом случае равен 1,49; 2,00 и 2,51 нм. Таким образом, коррекция остаточных аберраций, вводимая за счет использования переменного шага штрихов, позволяет повысить спектральное разрешение до 1,66 раза.
При световом диаметре решетки 58,6 мм получена максимальная расчетная стрелка прогиба её вогнутой рабочей поверхности – 4,54 мм. Как было показано выше, имеющиеся на практике нарезные (на основе применения классических делительных машин) и голографические технологии не могут решить задачу получения такой дифракционной структуры на столь крутой поверхности с большой стрелкой прогиба при сохранении высокой концентрации энергии в рабочем порядке дифракции и умеренного уровня рассеянного света. Это объясняется тем, что в нарезной технологии существуют принципиальные ограничения в конструкции и кинематике классических делительных машин, построенных по схеме Роуланда, а в голографической – ограничения по дифракционной эффективности.
Для технологических задач изготовления дифракционных решеток с подобными и бóльшими (до 50 мм) стрелками прогиба рабочих поверхностей предлагается использовать новое техническое решение – делительные машины маятникового типа, что открывает возможность формообразования светосильных нарезных дифракционных решеток на выпуклых сферических и асферических поверхностях [22]. Общий вид предлагаемой делительной машины маятникового типа представлен на рисунке.
При этом вогнутая светосильная неклассическая дифракционная решетка с рассчитанными выше параметрами может быть изготовлена путем прецизионного копирования (на основе использования термо- или фотополимерных композиций [23]) с выпуклой нарезной решетки-матрицы, изготавливаемой на делительной машине маятникового типа. При таком подходе обеспечивается сравнительно высокое качество изображения и высокая дифракционная эффективность в компактной и простой схеме спектрографа, а также низкая себестоимость и высокая производительность, что особенно важно при серийном производстве единственного оптического элемента (вогнутой дифракционной решетки-реплики) в оптической схеме и прибора в целом.
Следует отметить, что задача формообразования нарезных ДОЭ с большой стрелкой прогиба на выпуклых цилиндрических поверхностях оптимально решается при помощи делительной машины маятникового типа, принципы построения которой также защищены патентом РФ [24].
Важным этапом в технологии формообразования светосильных ДОЭ является аттестация их параметров, включающая в себя контроль их оптического качества и дифракционной эффективности в рабочих порядках и в заданном спектральном диапазоне. Контроль оптического качества целесообразно осуществлять интерферометрическими методами и средствами как наиболее информативными. По результатам расшифровки соответствующих интерферограмм получают количественную информацию об основных параметрах исследуемых образцов ДОЭ – функцию рассеяния точки, функцию рассеяния линии, коэффициент Штреля, среднеквадратичное отклонение. Для определения дифракционной эффективности (абсолютной и относительной) используются известные фотометрические методы и средства измерений [25, 26].
Укажем перспективные области использования светосильных ДОЭ:
спектральная часть аппаратуры для дистанционного зондирования Земли и исследований космических объектов [1, 2];
оптические компоненты систем для компрессии мощных лазерных импульсов [27];
компактные изображающие спектрографы [3];
спектрографы на основе использования вогнутых цилиндрических дифракционных решеток [4];
преобразователи солнечной энергии на основе цилиндрических ДОЭ;
в качестве прецизионных мастер-матриц при серийном и массовом производстве спектральной аппаратуры;
система юстировочных сегментов синтезированных ДОЭ для обеспечения процессов прецизионной сборки и юстировки в телескопостроении [28, 29].
В заключение следует отметить:
из рассмотренных четырех технологий в настоящее время только нарезная и голографическая являются наиболее освоенными для изготовления светосильных ДОЭ;
в силу специфики спектральных приборов космического базирования (для задач дистанционного зондирования Земли и исследований космических объектов), а также спектральной аппаратуры, предназначенной для использования в условиях малых световых потоков и / или в коротковолновой области спектра, в частности, на основе цилиндрических дифракционных решеток, на данный момент для нарезных светосильных ДОЭ альтернативы практически нет;
для изготовления нарезных светосильных ДОЭ наиболее оптимальным и перспективным решением является использование делительной техники маятникового типа;
для серийного производства спектральной аппаратуры на основе использования светосильных вогнутых отражательных дифракционных решеток с заданной дифракционной эффективностью, а также преобразователей солнечной энергии на основе цилиндрических светосильных ДОЭ целесообразно изначально изготавливать мастер-матрицы на выпуклых поверхностях с последующим процессом репликации.
Список литературы
Liu Ch., Straif Ch., Flügel-Paul Th., Zeitner U. D., Gross H. Optical design and tolerancing of a hyperspectral imaging spectrometer. Proc. SPIE. 2016. V. 9947. P. 994703-1-994703-9.
Kendrick S. E., Woodruff R. A., Hull T., Heap S. R., Kutyrev A., Danchi W., Purves L. Multiplexing in Astrophysics with a UV multi-object spectrometer on CETUS, a Probe-class mission study. Proc. SPIE. 2017; 10401: 1040111-1-1040111-9.
Мельников А. Н., Муслимов Э. Р. Анализ вариантов оптической схемы светосильного изображающего спектрографа, построенного на основе выпуклой голограммной дифракционной решетки. Оптический журнал. 2019; 86(3): 32–39.
Павлычева Н. К. Спектральные приборы с неклассическими дифракционными решетками. Казань: Изд-во КГТУ, 2003.
Корпорация «Hitachi Group». URL: http://www.hitachi-hightech.com.
Холдинг АО «Швабе» / АО «НПО ГИПО». Каталог оптической компонентной базы / URL: http://shvabe. com/about/company/gosudarstvennyy-institut-prikladnoy-optiki/produktsiya-gipo/opticheskie-materialy.
Корпорация «HORIBA Jobin Yvon Ltd.» / URL: http://www.horiba.com/scientific/products/diffraction-gratings/.
Компания «ХолоГрэйт». URL: http://holograte.com/produktyi/golograficheskie-difrakczionnyie-resheniya/difrakczionnyie-reshetki-dlya-spektralnyix-priborov.
Верхогляд А. Г., Завьялова М. А., Касторский Л. Б., Качкин А. Е., Кокарев С. А., Корольков В. П., Моисеев О. Ю., Полещук А. Г., Шиманский Р. В. Круговая лазерная записывающая система для изготовления ДОЭ на сферических поверхностях. Интерэкспо ГЕО-Сибирь‑2015. ХI Междунар. науч. конгр.: Междунар. науч. конф. «СибОптика‑2015»: сб. материалов в 3 т. Новосибирск: СГУГиТ, 2015; 2: 62–68.
Компания «Altechna Company Group». URL: http://www.altechna.com.
Xu D., Owen J. D., Papa J. C., Reimers J., Suleski T. J., Troutman J. R., Davies M. A., Thompson K. P., Rolland J. P. Design, fabrication, and testing of convex reflective diffraction gratings. Optics Express. 2017; 25(13): 15252–15267.
Sukegawa T., Okura Yu., Nakayasu T. Commercial availability of astronomical machined gratings by Canon. Proc. SPIE. 2018; 10706: 107063L‑1-107063L‑6.
Zhou Q., Li L., Zeng L. A method to fabricate convex holographic gratings as master gratings for making flat-field concave gratings. Proc. SPIE. 2007; 6832: 68320W‑1-68320W‑9.
Компания Carl Zeiss Microscopy GmbH. URL: http://www.zeiss.de/gratings.
Компания Workshop of Photonics. URL: http://www.wophotonics.com.
Компания Shimadzu Corporation. URL: http://www.shimadzu.com/opt/
Компания Newport. URL: http://www.gratinglab.com
Компания Spectrum Scientific. URL: http://www.ssioptics.com
Компания GratingWorks. URL: http://www.gratingworks.com
Ai J., Du Q., Qin Zh., Liu J., Zeng X. Laser direct-writing lithography equipment system for rapid and μm-precision fabrication on curved surfaces with large sag heights. Optics Express. 2018; 26(16): 20965-20974.
Мельников А. Н., Лукин А. В., Муслимов Э. Р. Расчет параметров неплоских дифракционных решеток для компактных светосильных спектрографов. Оптический журнал. 2019; 86(6): 7-10.
Патент РФ № 2691821. Делительная машина маятникового типа для изготовления штриховых структур на неплоских рабочих поверхностях/Лукин А. В., Мельников А. Н.
Ахметов М. М., Белозёров А. Ф., Балоев В. А., Белокопытов А. А., Гайнутдинов И. С., Иванов В. П., Лукин А. В., Мельников А. Н., Могилюк И. А. Научно-производственный комплекс серийной прецизионной репликации элементов асферической и дифракционной оптики. Контенант. 2016; 15(3): 39-42.
Патент РФ на изобретение № 2687515. Делительная машина маятникового типа для изготовления штриховых структур на выпуклых цилиндрических поверхностях/Лукин А. В., Мельников А. Н.
Герасимов Ф. М., Яковлев Э. А. Дифракционные решетки/Современные тенденции в технике спектроскопии. Новосибирск: Наука, 1982; 24-94.
ENGLISH VERSION PDF
(PDF, 4568.9 Кб)
Рассмотрены особенности и ограничения технологий формообразования и перспективные области использования светосильных дифракционных оптических элементов. Для целого ряда приложений необходимо изготавливать нарезные светосильные дифракционные оптические элементы на сферических и асферических поверхностях с большой стрелкой прогиба, что на практике недостижимо с применением имеющегося технологического оборудования. Предлагаются технические решения, открывающие возможность расширить номенклатуру светосильных дифракционных оптических элементов, на основе использования делительной техники маятникового типа с последующим реплицированием дифракционной структуры в полимерном слое.
Ключевые слова: светосильные дифракционные оптические элементы, светосильные нарезные дифракционные решетки, технологии формообразования, области применения, светосильный компактный спектрограф, делительная машина маятникового типа, мастер-матрица, реплицирование, фотополимеры.
Статья получена: 28.05.2019. Принята к публикации: 16.07.2019.
High-aperture diffraction optical element shaping techniques based on the use of pendulum-type ruling engines
A. N. Melnikov, gipo@telebit.ru JSC «NPO «State Institute of Applied Optics», Kazan, Russia
This paper touches upon the features and limitations of shaping techniques and promising application ranges of high-aperture diffraction optical elements. A number of applications require manufacturing ruled high-aperture diffraction optical elements on spherical and aspherical surfaces with a large sag, which is unachievable in practice with the existing manufacturing equipment. Engineering solutions have been suggested that open up the possibility to broaden the range of high-aperture diffraction optical elements basing on the use of pendulum-type ruling engines with subsequent replication of diffraction structure in the polymer layer.
Key words: high-aperture diffraction optical elements, high-aperture ruled gratings, shaping techniques, ranges of application, high-aperture compact spectrograph, pendulum-type ruling engine, master matrix, replication, photopolymers.
Received: 28.05.2019. Accepted: 16.07.2019.
При создании компактных и светосильных аналитических спектральных приборов для решения ряда задач фундаментального, поискового и прикладного характера (фундаментальные исследования, контроль излучения плазмы, дистанционное зондирование Земли из космоса, экологический мониторинг, контроль химического состава веществ и др.) необходимо использовать отражательные и пропускающие светосильные дифракционные оптические элементы (ДОЭ) с высокой дифракционной эффективностью на выпуклых и вогнутых сферических и асферических поверхностях с большой стрелкой прогиба (большой крутизной) рабочей поверхности [1–4]. Такие ДОЭ обладают как диспергирующими свойствами, так и оптической силой, что позволяет минимизировать массогабаритные характеристики спектральных приборов, а также улучшить их энергетические и аберрационные характеристики.
В настоящее время ДОЭ подобного типа изготавливаются на основе применения следующих технологий [5–20]:
нарезная технология, реализуемая с использованием делительных машин и высокоточных токарных станков с числовым программным управлением;
голографические технологии;
фотолитографические технологии;
3D‑технологии полимеризации в фотополимерных материалах.
В качестве иллюстрации в таблице 1 приведены параметры неплоских нарезных и голограммных дифракционных решеток стандартного ряда, предлагаемых в настоящее время в каталогах некоторых фирм; из таблицы 1 видно, что наибольшее значение стрелки прогиба рабочей поверхности для нарезных дифракционных решеток составляет 4,02 мм, для голограммных – 8,02 мм. При этом, как известно, классические нарезные технологии обеспечивают достижение наибольших значений дифракционной эффективности, но уступают голограммным технологиям по светосиле.
Фотолитографические технологии на базе применения аппаратуры прямой лазерной записи обеспечивают формообразование структуры ДОЭ на неплоских поверхностях со стрелками прогиба не более 5,2 мм [9, 20]. Имеющиеся технологические ограничения определяются характером зависимости размера пятна рассеяния записывающей лазерной системы от изменения угла между нормалью к рабочей поверхности ДОЭ и оптической осью формирующего объектива, чувствительностью и контрастом используемого фотоматериала, что в результате вызывает неравномерность дифракционной эффективности в пределах светового диаметра ДОЭ.
3D‑технологии полимеризации в фотополимерных материалах позволяют получать трехмерные дифракционные структуры на ограниченном световом диаметре – в пределах нескольких миллиметров [10, 15].
Таким образом, в настоящее время наиболее перспективным направлением, обеспечивающим возможность создания светосильных ДОЭ с высокой дифракционной эффективностью, является реализация нарезных технологий с необходимостью разработки принципиально нового технологического оборудования.
В работе [21] рассмотрен пример расчета и оптимизации оптической схемы компактного светосильного спектрографа, построенного на основе использования вогнутой отражательной неклассической нарезной дифракционной решетки.
Оптимизированные параметры оптической схемы спектрографа следующие:
пространственная частота штрихов решетки в вершине 712 мм–1;
коэффициенты неравномерности шага равны соответственно α = –0,00278, β = 2,702 · 10–6, Г = 6,433 · 10–8, Δ = 6,182 · 10–10, ε = 9,304 · 10–12;
угол падения 5,7°, угол дифракции на 600 нм равен 19,157°, разворот нормали к поверхности изображения составляет 8,387°;
изображение спектра длиной 28 мм формируется на вогнутой цилиндрической поверхности радиусом 47,6 мм;
обратная линейная дисперсия 14,29 нм / мм;
эквивалентное относительное отверстие 1 : 1,75.
Ширина аппаратной функции оптимизированной схемы на половине максимума составляет 100; 100 и 105,6 мкм для 400, 600 и 800 нм, соответственно. С учетом обратной линейной дисперсии спектральный предел разрешения равен 1,43; 1,43 и 1,51 нм для тех же контрольных длин волн. Для сравнения ширина аппаратной функции исходной схемы составляет 102,4; 137,6 и 172,8 мкм. Спектральный предел в этом случае равен 1,49; 2,00 и 2,51 нм. Таким образом, коррекция остаточных аберраций, вводимая за счет использования переменного шага штрихов, позволяет повысить спектральное разрешение до 1,66 раза.
При световом диаметре решетки 58,6 мм получена максимальная расчетная стрелка прогиба её вогнутой рабочей поверхности – 4,54 мм. Как было показано выше, имеющиеся на практике нарезные (на основе применения классических делительных машин) и голографические технологии не могут решить задачу получения такой дифракционной структуры на столь крутой поверхности с большой стрелкой прогиба при сохранении высокой концентрации энергии в рабочем порядке дифракции и умеренного уровня рассеянного света. Это объясняется тем, что в нарезной технологии существуют принципиальные ограничения в конструкции и кинематике классических делительных машин, построенных по схеме Роуланда, а в голографической – ограничения по дифракционной эффективности.
Для технологических задач изготовления дифракционных решеток с подобными и бóльшими (до 50 мм) стрелками прогиба рабочих поверхностей предлагается использовать новое техническое решение – делительные машины маятникового типа, что открывает возможность формообразования светосильных нарезных дифракционных решеток на выпуклых сферических и асферических поверхностях [22]. Общий вид предлагаемой делительной машины маятникового типа представлен на рисунке.
При этом вогнутая светосильная неклассическая дифракционная решетка с рассчитанными выше параметрами может быть изготовлена путем прецизионного копирования (на основе использования термо- или фотополимерных композиций [23]) с выпуклой нарезной решетки-матрицы, изготавливаемой на делительной машине маятникового типа. При таком подходе обеспечивается сравнительно высокое качество изображения и высокая дифракционная эффективность в компактной и простой схеме спектрографа, а также низкая себестоимость и высокая производительность, что особенно важно при серийном производстве единственного оптического элемента (вогнутой дифракционной решетки-реплики) в оптической схеме и прибора в целом.
Следует отметить, что задача формообразования нарезных ДОЭ с большой стрелкой прогиба на выпуклых цилиндрических поверхностях оптимально решается при помощи делительной машины маятникового типа, принципы построения которой также защищены патентом РФ [24].
Важным этапом в технологии формообразования светосильных ДОЭ является аттестация их параметров, включающая в себя контроль их оптического качества и дифракционной эффективности в рабочих порядках и в заданном спектральном диапазоне. Контроль оптического качества целесообразно осуществлять интерферометрическими методами и средствами как наиболее информативными. По результатам расшифровки соответствующих интерферограмм получают количественную информацию об основных параметрах исследуемых образцов ДОЭ – функцию рассеяния точки, функцию рассеяния линии, коэффициент Штреля, среднеквадратичное отклонение. Для определения дифракционной эффективности (абсолютной и относительной) используются известные фотометрические методы и средства измерений [25, 26].
Укажем перспективные области использования светосильных ДОЭ:
спектральная часть аппаратуры для дистанционного зондирования Земли и исследований космических объектов [1, 2];
оптические компоненты систем для компрессии мощных лазерных импульсов [27];
компактные изображающие спектрографы [3];
спектрографы на основе использования вогнутых цилиндрических дифракционных решеток [4];
преобразователи солнечной энергии на основе цилиндрических ДОЭ;
в качестве прецизионных мастер-матриц при серийном и массовом производстве спектральной аппаратуры;
система юстировочных сегментов синтезированных ДОЭ для обеспечения процессов прецизионной сборки и юстировки в телескопостроении [28, 29].
В заключение следует отметить:
из рассмотренных четырех технологий в настоящее время только нарезная и голографическая являются наиболее освоенными для изготовления светосильных ДОЭ;
в силу специфики спектральных приборов космического базирования (для задач дистанционного зондирования Земли и исследований космических объектов), а также спектральной аппаратуры, предназначенной для использования в условиях малых световых потоков и / или в коротковолновой области спектра, в частности, на основе цилиндрических дифракционных решеток, на данный момент для нарезных светосильных ДОЭ альтернативы практически нет;
для изготовления нарезных светосильных ДОЭ наиболее оптимальным и перспективным решением является использование делительной техники маятникового типа;
для серийного производства спектральной аппаратуры на основе использования светосильных вогнутых отражательных дифракционных решеток с заданной дифракционной эффективностью, а также преобразователей солнечной энергии на основе цилиндрических светосильных ДОЭ целесообразно изначально изготавливать мастер-матрицы на выпуклых поверхностях с последующим процессом репликации.
Список литературы
Liu Ch., Straif Ch., Flügel-Paul Th., Zeitner U. D., Gross H. Optical design and tolerancing of a hyperspectral imaging spectrometer. Proc. SPIE. 2016. V. 9947. P. 994703-1-994703-9.
Kendrick S. E., Woodruff R. A., Hull T., Heap S. R., Kutyrev A., Danchi W., Purves L. Multiplexing in Astrophysics with a UV multi-object spectrometer on CETUS, a Probe-class mission study. Proc. SPIE. 2017; 10401: 1040111-1-1040111-9.
Мельников А. Н., Муслимов Э. Р. Анализ вариантов оптической схемы светосильного изображающего спектрографа, построенного на основе выпуклой голограммной дифракционной решетки. Оптический журнал. 2019; 86(3): 32–39.
Павлычева Н. К. Спектральные приборы с неклассическими дифракционными решетками. Казань: Изд-во КГТУ, 2003.
Корпорация «Hitachi Group». URL: http://www.hitachi-hightech.com.
Холдинг АО «Швабе» / АО «НПО ГИПО». Каталог оптической компонентной базы / URL: http://shvabe. com/about/company/gosudarstvennyy-institut-prikladnoy-optiki/produktsiya-gipo/opticheskie-materialy.
Корпорация «HORIBA Jobin Yvon Ltd.» / URL: http://www.horiba.com/scientific/products/diffraction-gratings/.
Компания «ХолоГрэйт». URL: http://holograte.com/produktyi/golograficheskie-difrakczionnyie-resheniya/difrakczionnyie-reshetki-dlya-spektralnyix-priborov.
Верхогляд А. Г., Завьялова М. А., Касторский Л. Б., Качкин А. Е., Кокарев С. А., Корольков В. П., Моисеев О. Ю., Полещук А. Г., Шиманский Р. В. Круговая лазерная записывающая система для изготовления ДОЭ на сферических поверхностях. Интерэкспо ГЕО-Сибирь‑2015. ХI Междунар. науч. конгр.: Междунар. науч. конф. «СибОптика‑2015»: сб. материалов в 3 т. Новосибирск: СГУГиТ, 2015; 2: 62–68.
Компания «Altechna Company Group». URL: http://www.altechna.com.
Xu D., Owen J. D., Papa J. C., Reimers J., Suleski T. J., Troutman J. R., Davies M. A., Thompson K. P., Rolland J. P. Design, fabrication, and testing of convex reflective diffraction gratings. Optics Express. 2017; 25(13): 15252–15267.
Sukegawa T., Okura Yu., Nakayasu T. Commercial availability of astronomical machined gratings by Canon. Proc. SPIE. 2018; 10706: 107063L‑1-107063L‑6.
Zhou Q., Li L., Zeng L. A method to fabricate convex holographic gratings as master gratings for making flat-field concave gratings. Proc. SPIE. 2007; 6832: 68320W‑1-68320W‑9.
Компания Carl Zeiss Microscopy GmbH. URL: http://www.zeiss.de/gratings.
Компания Workshop of Photonics. URL: http://www.wophotonics.com.
Компания Shimadzu Corporation. URL: http://www.shimadzu.com/opt/
Компания Newport. URL: http://www.gratinglab.com
Компания Spectrum Scientific. URL: http://www.ssioptics.com
Компания GratingWorks. URL: http://www.gratingworks.com
Ai J., Du Q., Qin Zh., Liu J., Zeng X. Laser direct-writing lithography equipment system for rapid and μm-precision fabrication on curved surfaces with large sag heights. Optics Express. 2018; 26(16): 20965-20974.
Мельников А. Н., Лукин А. В., Муслимов Э. Р. Расчет параметров неплоских дифракционных решеток для компактных светосильных спектрографов. Оптический журнал. 2019; 86(6): 7-10.
Патент РФ № 2691821. Делительная машина маятникового типа для изготовления штриховых структур на неплоских рабочих поверхностях/Лукин А. В., Мельников А. Н.
Ахметов М. М., Белозёров А. Ф., Балоев В. А., Белокопытов А. А., Гайнутдинов И. С., Иванов В. П., Лукин А. В., Мельников А. Н., Могилюк И. А. Научно-производственный комплекс серийной прецизионной репликации элементов асферической и дифракционной оптики. Контенант. 2016; 15(3): 39-42.
Патент РФ на изобретение № 2687515. Делительная машина маятникового типа для изготовления штриховых структур на выпуклых цилиндрических поверхностях/Лукин А. В., Мельников А. Н.
Герасимов Ф. М., Яковлев Э. А. Дифракционные решетки/Современные тенденции в технике спектроскопии. Новосибирск: Наука, 1982; 24-94.
Отзывы читателей
