СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Советский патент 1971 года по МПК G02B5/20 G02B13/18 

Изобретение относится к способам аберрационной коррекции онтических систем.

Известны способы коррекции оптической системы путем радиального изменения ее преломляющих свойств.

Предлагаемый способ отличается от известных тем, что компоненты системы облучают потоком, взаимодействующим с материалами этих компонентов, закон изменения которого задают с помощью фильтра переменной плотности, после чего возникающее окрашивание используемых оптических материалов устраняют термообработкой, а изменение объема - полировкой, а также тем, что закон изменения интенсивности облучения задают за счет смещения корригируемой системы относительно облучающего потока.

Это позволяет проводить аберрационную коррекцию при сохранении геометрической расчетной формы компонентов системы.

По предлагаемому способу для радиального изменения показателя преломления компонентов системы их подвергают действию излучения, вызывающего изменение оптических свойств материалов этих компонентов. Иснользуют, например, быстрые и тепловые нейтроны, получаемые в ядерном реакторе. Быстрые нейтроны непосредственно действуют на атомы стекла или другого, оптического материала. При облучении тепловыми нейтронами оптический материал должен содержать определенное количество элемента, например бора-10 или лития-6, способного испускать быстрые частицы под действием нейтронов.

Бор-10 или литий-6 вступает в реакцию (п, а) в стекле, показатель преломления которого изменяют, и получаемые альфа-частицы вызывают ядерные соударения, вызывающие определенное число смещений сталкивающихся

атомов. При такого рода облучении введение небольшого количества элемента с большим сечением реакции, например бора-10, необходимо для образования достаточного числа смещений. Кроме того, применение реакции

(п, а) позволяет ограничить диффузию и локализовать цроисходящие изменения структуры, что очень трудно при быстрых нейтронах, так как они замедляются при упругих соударениях, а траектории альфа-частиц невелики,

порядка 1 лт.

Эффективные сечения смещения значительно больше при применении тепловых нейтронов, чем быстрых. Эффективное сечение реакции бора-10, снижается от 4000 барнов для

тепловых нейтронов, до 4 барнов для быстрых нейтронов. Папример, эффективное общее сечение кремния (реакции и диффузии) составляет всего 2,5 барна для нейтронов с энергией от 0,01 эв до 3 кэв. Быстрые нейтроны

тепловые нейтроны преобладают в спектрах используемых ядерных реакторов (типа котел-бассейн).

В качестве оптического материала компонентов системы используют стекло на основе кремнезема, содержащее 0,7% бора-10 в форме BjOs. Природный бор, являющийся смесью двух изотопов бора-10 и бора-11, содержит 18,83% бора-10. Эффективное сечение реакции этого стекла составляет около 28 барнов. Сечение диффузии для этого бора составляет около 2 барнов. Процентное содержание бора-10 или лития в стекле может колебаться в пределах порядка 0,1-1 %.

Тепловые нейтроны быстро затухают при обычных концентрациях бора или лития. Это затухание выражается в изменении объемной плотности по мере более глубокого проникновения излучений, в результате чего возника.ют сокращения, и в некоторых случаях может появиться вредное двойное лучепреломление. Поэтому при применении тепловых нейтронов необходимо следить за тем, чтобы процентное содержание бора не превышало пороговой величины, соизмеримой с деформациями, допустимыми для рассматриваемых оптических -изделий. Это неудобство отпадает в случае облучения быстрыми нейтронами.

Ограничения при выборе оптического материала обусловлены с одной стороны активностью, которую может приобрести материал при облучении, а с другой - возможным появлением окраски. Основной компонент стекол, кремнезем, свободен от указанных ограничений. Период полураспада Si® составляет 2,6 часа. Время для достижения предела без.опасности 2,5 мр/час мало; при кремнеземистом стекле, облученном 10 нт/см и обладающем активностью порядка 1 р/час, на выходе из реактора это время полураспада соетавляет величину порядка 22 час для линзы, диаметром около 3 см.

Так как другие составные части стекла обладают различными периодами полураспада, наличие некоторых из них может оказаться недопустимым. Так, например, сурьма и железо имеют изотопы, индуцируемые активности которых отличаются больщими периодами. Порядок величин этих активностей также значителен. Активность продуктов реакции (п, а) мгновенно снижается, и в этом отношении такая активность более желательна, чем активация, вызванная быстрыми нейтронами.

Описываемое облучение ведет, как правило, к окрашиванию стекол, устраняемому термообработкой. Поэтому необходимо, чтобы стекло не содержало элементов, которые могут быть причиной окрашивания, так же стойкого термически, как и изменение показателя преломления. В связи с этим желательно присут-ствие щелочных металлов, за исключением лития, и их галогенидов.

рию относительно оси системы. При облучении тепловыми нейтронами применяют фильтр из стекла с примесью элемента, поглощаюш,его тепловые нейтроны, например лития, бора или кадмия. Форма сечения фильтра определяется расчетом как функция требуемого изменения облучения. Фильтр можно изготовить из нескольких наложенных друг на друга элементов, причем каждый из них может обладать своей абсорбционной способностью.

Полученный расчетный профиль фильтра проверяют, используя авторадиограмму металлической пластинки, например, из золота или меди, которую облучают нейтронным потоком через фильтр. Активность пластинки позволяет определить, насколько точна полученная доза.

Облучение можно проводить без фильтра. В этом случае линзу перемещают относительно облучающего потока таким образом, чтобы каждая точка линзы получила требуемую дозу облучения. Можно поворачивать линзу вокруг оси, отрегулировав дозу облучения вдоль меридиана. Можно также комбинировать оба приема и вращать линзу со своим фильтром вокруг оси. Это позволяет добиться равномерности облучения по кругу.

Возникающее после облучения окрашивание, ведущее к потерям светопропускания, устраняют путем нагревания линзы в течение определенного времени и при определенной температуре. Для ряда стекол интервал температур, при которых окраска восстанавливается, соответствует , предельной или лежит ниже той зоны, при которой имеет место изменение показателя преломления. Так, для стекол из кремнезема восстановление окраски происходит при температурах 320-1500°С, тогда как появление окраски происходит при температурах 100-320°С. Для устранения окращивания стекла достаточно нагревать его в течение десятка часов в определенном температурном интервале. Ускорение обесцвечивания стекла достигается действием ультрафиолетового излучения. Свинцовые или окисноцериевые стекла отличаются высокой стойкостью против окрашивания даже при больших дозах нейтронов.

Для увеличения однородности облучающего потока используют коллиматор, выполненный из материала, поглощающего нейтроны.

Действие энергетических излучений на оптический материал вызывает внутри этого материала изменения объема. Если облучение производят после придания линзе расчетной формы, то это изменение устраняют дополнительной полировкой.

При осуществлении предлагаемого способа на примере стекла пирекс, содержащего 80,10% Ог; 12,75% ВаОз; 2,25% АЬОз; 2,9% Na2O; 1% MgO и 1% Се02 с концентрацией 0,5% бора-10, имеет место практически линейное изменение показателя преломления при дозе облучения до 10 н/см для температур до 100°С. Изменение показателя преломле