Внеосевые параболические (часто также пишут OAP - Off Axis Parabolic) зеркала это часть поверхности параболоида вращения (см. рисунок ниже слева, красным цветом показано зеркало, желтым цветом излучение, синим - оптическая ось параболы). На рисунке ниже справа показаны названия параметров, используемых при описании внеосевых параболических зеркал. Высокая лучевая стойкость (также можно сказать высокий порог пробоя или на английском часто пишут LIDT - Laser Induced Damage Threshold) - это способность зеркала отражать высоктоинтенсивное излучение, подробнее об этом будет ниже.
Главное свойство параболида: луч, вышедший из его фокуса после отражения от его поверхности будет двигаться параллельно оптической оси параболоида. Таким образом, OAP зеркала позволяют получить коллимированный пучок от точечного источника, НЕ находящегося на оптической оси самого отражающего зеркала (тогда как у осевой параболы источник всегда находится на оптической оси самого зеркала). Схема работы OAP не является осесимметричной (тогда как у осевой параболы схема осесимметричная).
Обычно, внеосевые параболические зеркала используют в таких оптических схемах, когда угол падения не превышает 45 градусов
(более того, если речь идёт о точных и сверхточных параболических зеркалах - угол падения редко превышает 10-20 градусов).
В этих случаях внеосевые параболические зеркала чаще всего используют для двух задач.
Первая задача - это работа одного зеркала, которое либо фокусирует коллимированный пучок в точку, либо наоборот
создаёт коллимированный пучок из излучения расходящегося из точечного источника (см. левую часть рисунка ниже).
Вторая задача - это работа уже двух сопряжённых зеркал, с помощью которых сначала из точки создается коллимированный
пучок, а потом он обратно фокусирутся в точку (см. правую часть рисунка ниже).
Также, внеосевые параболические зеркала иногда используют для пострения телескопов, но всё-таки для этих задач чаще используют осевые параболические зеркала с отверстием в центре. Есть также ещё один нестандартный, но очень перспективный способ использования внеосевых параболических зеркал в "скользящих схемах" (это когда угол падения очень большой, например 70-89 градусов). Такие большие углы падения позволяют использовать такие внеосевые параболические зеркала для отражения излучения с короткими длинами волн (менее 50-100 нм и вплоть до единиц нм), что даёт возможность работать таким зеркалам в глубокой УФ части спектра (для определённых покрытий - даже с высокой лучевой стойкостью).
При увеличении мощности излучения, которое отражает зеркало, в какой-то момент при определённом пороговом значении мощности, происходит разрушение отражающего покрытия (или например поверхности подложки самого зеркала, если покрытие отсутствует). Эта величина называется "порогом пробоя" зеркала (на английском обычно пишут L. I. D. T.). Её можно указывать в единицах мощности на единицу площади, но для импульсного излучения принято указывать её как единицы энергии на площадь поверхности, для импульса такой-то длительности. Например, если порог пробоя для зеркала указан как 10 Дж/см2 (для 10 нс импульса), то это означает, что каждый квадратный сантиметр этого зеркала может отражать импульс длительностью 10 нс и с энергий 10 Дж.
Точное значение порога пробоя (L.I.D.T.) зависит от:
--- самого зеркала (тип отражающего покрытия, качество нанесения покрытия и изготовления зеркала) и
--- параметров излучения (энергия импульса, их длительность и частота следования, спектральный диапазон, размер облучаемой
области, длительность облучения и ещё некоторые другие факторы.
Самый высокий порог пробоя (высокую лучевую стойкость) имеют зеркала с диэликтрическим покрытием,
средние типовые значения для диэлектрических покрытий это:
--- для импульсного излучения 10-20 Дж/см2 (λ=1064 nm, 10 нс, 10 Гц, облучение 1 мм2) и
--- для непрерывного излучения приблизительно 3-20 кВт/см2 (λ=1064 nm, облучение 1 мм2).
Зеркала с металлическим покрытием (но не металлической подложкой самого зеркала), имеют заметно меньший
порог пробоя (меньшую лучевую стойкость), средние типовые значения для металлических покрытий это:
--- для импульсного излучения 0.5-2 Дж/см2 (λ=1064 nm, 10 нс, 10 Гц, облучение 1 мм2) и
--- для непрерывного излучения приблизительно 0.5-1 кВт /см2 (λ=1064 nm, облучение 1 мм2).
Используя различные методы, возможно получить более высокие значения порога пробоя (лучшую лучевую стойкость), например
для диэлектрических зеркал:
--- для непрерывного излучения можно достичь 50-150 кВт/см2 (λ=1064 nm) и
--- для импульсного излучения можно достичь 70-90 Дж/см2 (импульсы 10 нс, λ=1064 nm).
ВАЖНО! Если изменить длину волны излучения, длительность импульса или размер облучаемой зоны значение порога пробоя меняется сильно и нелинейно.. Более того, при достаточно большого изменения даже одного из параметров излучения (например, длительности импульса) модель взаимодействия излучения с покрытием зеркала будет принципиально меняться, что может поменять величину порога пробоя на несколько порядков в ту или иную сторону. Поэтому очень важно, чтобы оценкой порога пробоя для Ваших задачи занимался специалист.
| Минимальные и максимальные размеры зеркала: | от 40 мм до 1200 мм | |
| Материал подложки зеркала: | АстроСиталл, по запросу: Zerodur, UV FS, Si и другие. | |
| Покрытия: | металлические (Ag, Au, Al) и специальные EUV|XUV. | |
| Точность изготовления (RMS, λ=633 нм) | Базовая | Максимальная |
| формы поверхности, асферические зеркала | до λ/50 | до λ/150 |
| Точность изготовления радиусов | до ±0.1% | до ±0.05% |
| Микрошероховатость поверхности, RMS | 0.3 нм | 0.15 нм |
| Чистота полировки (на квадратный дюйм) | 40/20 scratch/dig | 10/5 scratch/dig |
Главное достоинство внеосевых параболических зеркал в том, что у них фактически вообще нет аббераций (во всяком случае с практической точки
зрения). Т.е. при достоточно хорошей точности изготовления формы отражающей поверхности, результат будет определяться дифракционными ограничениями
оптической схемы.
Главный недостаток внеосевых параболических зеркал в том, что если речь идёт о точных и сверхточных зеркалах (λ/30-λ/150 RMS),
то их производство крайне трудоёмко и требует больших затрат (особенно для зеркал с большой асферичностью), а соответственно стоиомсть и сроки
поставки таких зеркал - заметно больше, чем для обычной сферической оптики (пусть также очень точной).
Обычно для заказчика очень важно, насколько маленькое пятно в плоскости изображения может быть сформировано зеркалом (см. рисунок ниже). Даже если задача стоит в получении коллимированного пучка или построении изображения, значение минимального размера сфокусированного пятна позволяет оценить качество (например, расходимость) получаемого коллимированного пучка или изображения (разрешение).
На размер пятна в плоскости изображения могут влиять множество разных факторов, но из реальной практики для внеосевых параболических зеркал это в основном точность изготовления формы поверхности зеркала и 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 фокального пятна в несколько раз.
Общий принцип заключается в том, что чем ближе размер фокального пятна
к дифракционному пределу, тем дороже такое зеркало.
Это зависит от Вашей задачи и выделяемых на покупку финансов. Грамотнее и правильнее всего будет заполнить нашу специальную "запросную форму". Также желательно приложить к запросной форме описание Вашей оптической схемы (хотя бы словами), в которой будет работать зеркало (особенно если речь идёт о работе двух запрашиваемых зеркал в сопряжённой паре) 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 константами, с всеми допусками и пр. Но даже в этом случае, лучше добавить хотя бы минимальную информацию по Вашей оптической схеме, возможно у нас получится предложить какие-то улучшения в спецификации Вашего зеркала. 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.
