Материал: Зеркальные схемы лидарных объективов

В лидаре используется телескоп Ньютона с апертурой 300 мм. Главное зеркало является параболическим с фокальным расстоянием 970 мм.

.2 Объектив Кассегрена

Схема была предложена Лореном Кассегреном в 1672 году. Главное зеркало большего диаметра (вогнутое; в оригинальном варианте параболическое) отбрасывает излучение на вторичное выпуклое меньшего диаметра (обычно гиперболическое). Вторичное зеркало расположено между главным зеркалом и его фокусом и полное фокусное расстояние объектива больше, чем у главного. Объектив при том же диаметре и фокусном расстоянии имеет почти вдвое меньшую длину трубы и несколько меньшее экранирование, чем у Грегори. Традиционный рефлектор Кассегрена сложен в производстве (сложные поверхности зеркал - парабола, гипербола), а также имеет недоисправленную аберрацию комы. Последний недостаток исправлен в различных модификациях схемы Кассегрена.

Из зеркальных объективов построенный по схеме Кассегрена пользуется наибольшей популярностью благодаря сочетанию компактности и большого фокусного расстояния.

Рассмотрим некоторые лидары, в которых используется приёмный телескоп, построенный по схеме Кассегрена:

)        Стационарный лидарный комплекс МВЛ-60

Многоволновой лидар МВЛ-60 предназначен для оперативного дистанционного анализа характеристик атмосферного аэрозоля и облачных образований в атмосфере с помощью лазера, работающего на длинах волн 1064 (ИК), 532 (зеленый) и 355 (УФ) нм.

Приемная антенна лидара представляет собой телескоп, чаще всего зеркальный, построенный обычно по схеме Ньютона или Кассегрена. В телескопе лидара МВЛ-60 с диаметром главного параболического зеркала 60 см реализованы обе эти схемы.

При работе в качестве приемной антенны лидара в телескопе реализуется схема Кассегрена, когда принятый отраженный сигнал лазера попадает вначале на главное параболическое зеркало, затем на вторичное гиперболическое зеркало, а далее через отверстие в центре параболического зеркала в блок анализатора, где затем разводится по разным фотоприемникам и регистрируется компьютером.

При работе в качестве обычного астрономического прибора в телескопе реализуется схема Ньютона: на оптическую ось главного параболического зеркала вводится плоское зеркало, при помощи которого принятое главным зеркалом изображение выводится под углом 90 град. вдоль поворотной оси телескопа. В этом фокусе Ньютона можно поместить окуляр либо видеокамеру и получать изображения объектов звездного неба.

)        Многоволновой лидар с Рамановскими каналами

Излучатель импульсный: Nd:YAG лазер

Длина волны:1064, 532 и 355 нм

Энергия импульса: 100/55/30 мДж

Длительность импульса: 10 нс

Частота посылки импульсов: 10 Гц

Диаметр лазерного пучка (расширенный): 50 мм

Расходимость лазерного излучения: 0.3 мрад

Телескоп (диаметр): Кассегрен, 300 мм первичное зеркало

Угол приема излучения: 0.6 - 5 мрад

Длины волн упругого рассеяния: 1064, 532, 532 деполяризация и 355 нм

Рамановские длины волн: 387, 407, 607 нм

.3 Объектив Грегори

Данная схема была изобретена Джеймсом Грегори в 1663 году. В системе Грегори излучение от главного вогнутого параболического зеркала направляется на небольшое вогнутое эллиптическое зеркало, которое отражает пучок в фотоприемное устройство, помещённое в центральном отверстии главного зеркала. Наличие вторичного зеркала удлиняет фокусное расстояние и тем самым даёт возможность применять большие увеличения.

Принципиальное различие схем Грегори и Кассегрена в том, что в схеме Грегори имеется промежуточное действительное изображение, что, в частности, позволяет устранить «паразитные» лучи, неизбежные в схеме Кассегрена.

Размер приемного телескопа, построенного по схеме Грегори, получается больше, чем телескоп Ньютона и почти вдвое больше, чем объектив Кассегрена, что увеличивает экранирование, усложняет юстировку и её сохранность, транспортировку и эксплуатацию в целом.

Данная схема не получила такого распространения, как схемы Ньютона и Кассегрена, так как при прочих равных ее недостатки более существенны, и используется в некоторых специфических случаях.

Заключение

В процессе изучения зеркальных объективов, используемых в лидарах, и сравнения между собой различных схем, я сделал следующий вывод:

Зеркальные объективы имеют ряд преимуществ (по сравнению с линзовыми):

¾      Высокая светосила и разрешающая способность

¾      Отсутствие хроматических аберраций у зеркал

¾      Высокий коэффициент светопропускания

¾      При сравнительно несложной конструкции зеркальных систем можно получить достаточно совершенную коррекцию сферической аберрации

¾      Зеркальные системы не содержат преломляющих поверхностей и поэтому удобны для использования в ИК и УФ областях спектра

Но кроме преимуществ зеркальные объективы имеют и недостатки:

¾      Сложность изготовления и контроля асферических поверхностей зеркал

¾      Сложность юстировки зеркальных систем

¾      Сложности, связанные с использованием больших зеркал ( влияние погодных условий, необходимость термостабилизации)

¾      Зеркальные системы, как правило, имеют большую кому, что уменьшает полезное поле системы. Данный недостаток устраняют применением зеркально - линзовых схем.