Материал подготовлен Владиславом Николаевым
Ахроматическая оптика - это оптические устройства или установки, которые были оптимизированы таким образом, что хроматические аберрации минимизированы. Чаще всего это относится к линзам или объективам, которые по существу представляют собой комбинации нескольких линз. Ахроматические оптические линзы часто называют ахроматами. Свойство быть ахроматическим (нечувствительным к изменениям длины волны) называется ахроматизмом. Ахроматическая оптика, в частности дублетные и триплетные ахроматические линзы, были изобретены и использовались уже в восемнадцатом веке.
Часто используемые параметры основаны на значениях показателя преломления на определенных опорных длинах волн. Из них вычисляются числа Аббе, такие как VD или Vd, которые затем появляются в различных формулах для расчета хроматических аберраций. Такие уравнения позволяют вычислять комбинации параметров, для которых осевые и/или поперечные хроматические аберрации исчезают, как правило, на двух или трех разных длинах волн.
В качестве примера рассмотрим хроматические аберрации линзы. Пусть есть двояковыпуклая одиночная линза из стекла BK7 с радиусами кривизны 100 мм на обеих поверхностях. Существенные хроматические аберрации этой линзы показаны на рисунке 1, где предполагается, что коллимированный лазерный луч с начальным радиусом пучка 1 мм попадает в эту линзу. Очевидно, что положение фокуса имеет существенную зависимость от длины волны.
Для улучшения ситуации мы теперь можем использовать двойную ахроматическую линзу, состоящую из двух частей: двояковыпуклой линзы из BK7 и вогнутой выпуклой линзы из SF10 (стекло флинт). Основная идея состоит в том, чтобы реализовать общую собирающую линзу, объединив собирающую и рассеивающую линзу, где последняя демонстрирует более сильную хроматическую дисперсию. Хотя рассеивающий эффект второй линзы слабее, чем собирающий эффект на первой, ее хроматические аберрации могут компенсировать характеристики другой линзы.
В рассматриваемой конструкции двойных линз внешние радиусы кривизны равны 80 мм, выбираются так, что достигается примерно такое же фокусное расстояние, что и для простой линзы BK7. (Один требует более сильной кривизны, чем раньше, из-за рассеивающего эффекта линзы SF10.) Внутренние радиусы кривизны двух линз также выбираются одинаковыми (± 44 мм), так что с две линзы можно соединить (например, соединить специальным оптическим клеем (цементом)), чтобы образовать единый оптический элемент и минимизировать потери на отражение.
Другие конструкции двойных линз плоские с одной стороны (плоско-вогнутые конструкции), а также можно реализовать рассеивающие ахроматические линзы (отрицательные ахроматы). В некоторых случаях линзы в двойной линзе не соединены, но обе линзы помещены в общий корпус (двойные линзы с воздушным промежутком). Кроме того, существуют цилиндрические линзы, разработанные как ахроматы.
Другие конструкции двойных линз плоские с одной стороны (плоско-вогнутые конструкции), а также можно реализовать рассеивающие ахроматические линзы (отрицательные ахроматы). В некоторых случаях линзы в двойной линзе не соединены, но обе линзы помещены в общий корпус (двойные линзы с воздушным промежутком). Кроме того, существуют цилиндрические линзы, разработанные как ахроматы.
С такой конструкцией линз можно настроить такие параметры, чтобы осевые хроматические аберрации исчезали для двух длин волн (как правило, в красной и синей спектральной области). Объединив три разных материала (создавая асферические триплеты), можно сделать так называемую апохроматическую линзу (апохромат), где хроматические аберрации исчезают для трех разных длин волн.
Хотя искажения на других длинах волн не ограничены такими условиями, они, как правило, меньше для апохромата, по меньшей мере, в пределах определенного диапазона длин волн.
Подобно другим линзам, ахроматы могут быть оптимизированы для дополнительных требований, таких как минимизация сферических аберраций и несимметричных аберраций в определенных ситуациях и могут быть оснащены антиотражающими покрытиями. Кроме того, есть закрепленные в оправе линзы и незакрепленные линзы.
Еще более высокая производительность с точки зрения величины оставшихся хроматических аберраций может быть достигнута с помощью конструкций с суперахроматическими линзами, связанных с фторидными стеклами и требующих особенно жестких допусков на изготовление.
