Оптика мікропризмова

Визначення і загальна характеристика

О́ПТИКА МІКРО­ПРИ́ЗМОВА Призми є фіз. при­строями, що широко використовують для рефракції променів світла в багатьох галузях науки та техніки, зокрема у фізиці та астрономії. З появою технологій формува­н­ня плоских і легких прециз. мікро­призм. структур із глибиною рельєфу в десятки мікрон, т. зв. мікро­призми Френеля почали за­стосовувати в багатьох галузях науки та техніки замість традиц. габарит. та важких скляних моно­призм. Нині плоскі фокусуючі та заломлюючі лінзи Френеля широко використовують у приклад. оптиці для ди­станц. від­стеже­н­ня обʼєктів, для формува­н­ня точних візуал. зображень, для збільше­н­ня зображень та посиле­н­ня оптич. сигналів. За­пропоновано різні методи конструюва­н­ня мікрорельєф. лінз. Найчастіше такі кон­струкції виготовляють фотолітогр. методом або методом регульов. прямого лазер. запису з викори­ста­н­ням фоторезисту. Ці методи до­зволяють утворювати ві­домі ступінчасті мікро­структури, хоч і мають певні дефекти поверх­ні, що призводять до низької оптич. якості створених зображень. У той же час, такі мікрорельєфні елементи можна виготовити методом алмаз. мікроточі­н­ня, що до­зволяє мінімізувати мех. дефекти рефракц. поверхонь мікро­призм Френеля завдяки дзеркал. якості робочих поверхонь алмаз. ріжучих інструментів. Отже, сформов. зображе­н­ня також мають високу оптичну якість. Роботи зі створе­н­ня О. м. в Україні сконцентровані у Ін­ституті про­блем реєстрації інформації НАНУ (Київ), в якому роз­роблено технологію мікроточі­н­ня, алгоритми компʼю­тер. керува­н­ня нанопереміще­н­нями елементів і створ. прециз. установки для виготовле­н­ня алмаз. інструменту та формува­н­ня ліній. і кільц. мікрорельєфу на плоских утворюючих поверх­нях. Ві­домими прикладами за­стосува­н­ня створеної високо­якіс. оптики є мікро­призм. дорожні світлоповертачі та кругові катафоти для дорож. господарства, а також офтальмол. мікро­призми, мікро­призм. набори та призмо-сферо-циліндричні лінзи окулярів для діагностики та лікува­н­ня косоокості. Ві­домі плоскі фокусуючі лінзи Френеля, повністю аналогічно традиц. скляним лінзам, утворюють точк. зображе­н­ня у фокал. площині. Однак для різних практ. за­стосувань необхідні транс­формуючі лінзи Френеля, що концентрують паралел. світл. промінь у рівномірно освітлене світлове коло замість його точк. фокусува­н­ня. Такі лінзи часто використовують в оптич. сенсор. системах або в при­строях моніторингу для автомат. регулюва­н­ня вихід. сигналу від чотирьохплощин. фотодетекторів.

Важливою галуз­зю за­стосува­н­ня таких плоско-фокусуючих лінз Френеля є сонячна енергетика. Традиц. мікро­призм. лінзи нині ефективно за­стосовують в електрогенеруючих модулях із сучас. фото­елементами, що використовують концентр. сонячне ви­промінюва­н­ня. Доведено на практиці, що викори­ста­н­ня таких модулів під­вищує ефективність назем. соняч. панелей з 15–16 % до 25–30 %. За­стосува­н­ня транс­формуючих лінз Френеля замість традиц. точк. до­зволяє зменшити бічні струми і, від­повід­но, омічні втрати та на­гріва­н­ня поверх­ні фото­електр. каскад. соняч. елементів, що в свою чергу, під­вищує на 3–4 % ефективність пере­творе­н­ня соняч. енергії. Ін­ститутом про­блем реєстрації інформації НАНУ за­пропоновано алгоритм моделюва­н­ня таких транс­формуючих лінз Френеля з плоскими конус. рефракц. гранями та роз­раховано геом. параметри кругових концентраторів. Метод спеціально адаптовано для техніки алмаз. мікроточі­н­ня з метою створе­н­ня призмат. структур високої оптич. якості. Реально виготовлено низку від­повід. мікро­призм. при­строїв, що знаходять все більше викори­ста­н­ня у нар. госп-ві країни. Нині роботи зі створе­н­ня О. м. продовжують у напрямку зменше­н­ня хромат. аберацій у мікро­призмах Френеля та під­вище­н­ня якості зображень шляхом створе­н­ня рефракц.-дифракц. ахроматизац. мікро­призм.

Літ.: E. Sokolova. Simulation of Mechani­cally Ruled Concave Diffraction Gratings by Use of an Original Geometric Theory // Applied Optics. 2004. Vol. 43, № 1; Петров В., Сергиенко Н., Рыков С. и др. Технология изготовления и методика применения в офтальмологии микро­приз­мен­ных элементов Френеля // Реєстрація, зберіга­н­ня і обробка даних. 2008. Т. 10, № 3; F. Wang, E. Liu, J. Yang, S. Yu, Y. Zhou. Target tracking in infrared imagery using a novel particle filter // Chinese Optics Letters. 2009. Vol. 7, № 7; E. Antonov, A. Kryuchyn, F. Mingley et al. Microprisms: Optical Parameters and Monitoring. Kyiv, 2015; G. Lenkova. High-efficiency diffractive focusing deflecting element // Optoelec­tro­nics Instrumentation & Data Processing. 2015. Vol. 51, № 7; A. Manaf, T. Sugiyama, J. Yan. Design and fabrication of Si-HDPE hybrid Fresnel lenses for infrared imaging systems // Optics Express. 2017. Vol. 25, № 2; Петров В., Антонов Е., Крючин А., Шанойло С. Микро­призмы в офтальмологии. К., 2019; E. Antonov, M. Fu, V. Pet­rov et al. Structure of Microprismatic Fres­nel Lenses for Creating Uniform Focal Ima­ges // Optics Express. 2021. Vol. 29, № 24.

Є. Є. Антонов

Завантажити статтю