Что это такое:
тороидальные зеркала?

Тороидальное зеркало это часть поверхности тороида (тора, "бублика"). На рисунке ниже эта часть поверхности окрашена в красный цвет. Сам тороид окрашен в жёлтый цвет.


Для определения тороидальной поверхности достаточно указать два её радиуса: тангенциальный Rt (фиолетовый) и саггитальныйRs (оранжевый).

Как используются
тороидальные зеркала?

Тороидальное зеркало обычно используют, когда необходимо расходящееся излучение от точечного источника сфокусировать в точку и при этом угол падения далёк от нормального. (см. рис. ниже). Иногда такие зеркала при тех же углах падения используются для создания коллимированного пучка (или наоборот фокусировки коллимированного пучка).

Если (как это обычно и бывает) Rs/Rt=Cos²(AOI), то для тороидальных зеркал верны следующие формулы:

где S, S' и AOI - см. рисунок выше, Rt и Rs - см. рисунок левее.

В каких областях чаще всего используются тороидальные зеркала?

Тороидальные зеркала часто используют для отражения излучения с короткими длинами волн (менее 50-100 нм и вплоть до единиц нм). Для того, чтобы в этом спектральном диапазоне добиться заметного коэфициента отражения зеркала необходимо использовать очень большие углы падения (обычно это 70-85 градусов и вплоть до 89.5 градусов, отсюда и термин "скользящий угол", который равен 90 градусов минус угол падения). Сферические поверхности при таких больших углах падения дадут очень большие абберации, поэтому вместо них используют тороидальную форму отражающей поверхности, которая в таких оптических схемах даёт заметно меньше сферических аббераций.

Какие тороидальные зеркала мы можем сделать?

Какие достоинства есть у тороидальных зеркал?

Главное достоинство тороидальных зеркал это относительная простота их производства и как следствие - их меньшая стоимость и короче сроки изготовления. Также изготавливать тороидальные зеркала умеют почти на каждом производстве (другой вопрос, что для работы в глубоком ультрафиолете часто нужна очень высокая точность изготовления отражающей поверхности и маленькая микрошероховатость - например RMS λ/90 и 0.2 нм соответственно - а вот такую работу выполнить могут уже очень не многие, так как почти везде в мире максимум возможностей это около RMS λ/20 и 0.5 нм).

Какие недостатки есть у тороидальных зеркал?

Главный недостаток тороидальных зеркал это наличие сферических аббераций, которые могут очень сильно ухудшать качество (форма и равномерность распределения энергии в сфокусированном пятне) и увеличивать размер сфокусированного излучения (вплоть до миллиметровых размеров сфокусированного пятна, сравните со стандартными типовыми для таких задач значениями в десятки микрон). Обратите внимание, эти искажения будут присутствоваать даже при самой высочайшей точности изготовления формы отражающей поверхности. При этом важно понимать, что использование оптических схем с так называемой "2f геометрией" (это когда S=S', см. рисунок выше) это не даёт гарантированного решения проблемы аббераций, пример можно посмотреть вот тут. Также широко распространёно заблуждение, что использование двух одинаковых сопряжённых тороидальных зеркал позволяет избавиться от больших сферических искажений (в теории это действительно так - второй тороид должен компенсировать искажения, внесённые первым тороидом). Но в реальной практике всё намного сложнее, например, см. третью страницу нашей типовой котировки, где моделируется стабильность реальной схемы с двумя одинаковыми сопряженными тороидальными зеркалами).

Что самое главное в зеркале?

Обычно для заказчика очень важно, насколько маленькое пятно в плоскости изображения может быть сформировано зеркалом (см. рисунок ниже). Даже если используется схема, где S' равно бесконечности (коллимированный луч после отражения), этот параметр позволяет оценить, насколько хорошим будет выходной луч.

От чего зависит размер пятна в плоскости изображения?

На размер пятна в плоскости изображения могут влиять множество разных факторов, но из реальной практики это в основном сферические аберрации, точность изготовления формы поверхности зеркала, а также иногда дифракционные ограничения на рабочей длине волны. Также часто крайне важна точность юстировки, так как иногда например ошибка положения зеркала всего в несколько микрон может увеличить диаметр сфокусированного пятна в несколько раз.

Общий принцип заключается в том, что чем ближе размер сфокусированного пятна
к дифракционному пределу, тем дороже такое зеркало.

Так какая именно спецификация зеркала Вам нужна?

Это зависит от Вашей задачи и выделяемых на покупку финансов. Грамотнее и правильнее всего будет заполнить нашу специальную "запросную форму" (вот тут есть помощь в заполнении (pdf)). Также желательно приложить к запросной форме описание Вашей оптической схемы (хотя бы кратко словами в общих цертах), в которой будет работать зеркало и всё это отправить на наш электронный ящик quote@precise-mirrors.ru. Далее, наши специалисты сами подберут несколько подходящих для Вас вариантов (см. пример типовой котировки для одиночного зеркала или для двух сопряжённых зеркал).

Вы также можете отправить подробную точную спецификацию нужного Вам зеркала с чертежами, описанием типа формы поверхности, рассчитанными радиусами, с всеми допусками и пр. Но даже в этом случае, лучше добавить хотя бы минимальную информацию по углу падения, размеру источника и желаемому размеру изображения. Из нашей богатой практики, в таких случаях часто получается как минимум оптимизировать радиуса, с которыми результат будет немного лучше и при этом заказчик не несёт никаких дополнительных расходов.

Также Вы можете и не заполнять "запросную форму", и не отправлять подробную точную спецификацию нужного Вам зеркала, а вместо этого отправить описание Вашей задачи (зеркала) в произвольной форме на тот же электронный адрес quote@precise-mirrors.ru. Но в этом случае, такой запрос может обрабатываться значительно дольше.