Наши технологии изготовления оптики

[Gleb1964]

Можем ли мы сказать, что невозможно когда-либо разработать технологию, позволяющую, например, превратить каждую точку волнового фронта в излучатель, подобный лазеру, тем самым устраняя дифракцию?

Это уже методы нелинейной оптики.
Да, такое возможно сделать, и теоретически и даже уже были проведены эксперименты, подтверждающие, что можно преодолеть дифракционный предел методом "клонирования" фотонов лазерным усилителем. Я даже создавал тему об этом на форуме с ссылкой на публикацию:

..
Вот, пожалуйста - преодоление дифракционного предела методами нелинейной оптики - с помощью клонирования фотонов, тем же методом, что работает при лазерном усилении пучка, то бишь, оптический телескоп, скрещенный с лазером.
Ссылка на эксперимент https://phweb.technion.ac.il/~eribak/GumpelRibakOpticalAmplificationForAstronomicalImagingAtHigherResolution.pdf
и еще ссылка на более глубокую теоретическую часть https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2014/01/aa22665-13.pdf



И не путать с разными "обходными" методами-уловками для преодоления диф.предела - в данном случае он действительно преодолен для произвольного пространственно-протяженного объекта. Детектирование клонированных на входной апертуре фотонов (квантово-запутанных фотонов) позволяет извлекать из фотона в \(  \sqrt {N}  \) больше информации, где \(  N  \) - фактор клонирования запутанных фотонов. Дифракционный диск, как бы, мультиплицируется на фактор  \(  \sqrt {N}  \) и становится "острее", апертура пропускает более высокие пространственные частоты до точки отсечения, нежели обусловленные классическим дифракционным пределом. На протяженном пространственном объекте выявляется структура за пределом классического дифракционного предела.
Интересно, что в классической, линейной оптике, дифракционный предел остается фундаментальным и незыблемым. 

Эксперимент показал преодоление дифракционного предела, т.е. в изображении появились пространственные частоты выше, чем частота отсечения D/λ для обычной оптики.
Сам по себе метод имеет только теоретическую ценность, практической ценности не имеет потому, что работать может только в режиме очень слабого потока света, требуется режим единичных фотонов. Активная среда с накачкой генерирует постоянный фон, это неизбежно, потому, что любой спонтанный фотон, идущий через активную среду, срывает на себя генерацию фотонов, создавая сильный шумовой фон. Экспериментаторам приходится модулировать сигнал, долго накапливая отдельную статистику по тестовой картинке и отдельно по фону, чтобы вычитанием получить картинку тест-объекта. Сами экспериментаторы отметили, что их технология едва ли может иметь практическую реализацию, больше имеет теоретический интерес.

[Gleb1964]

1. Найдите у Дитчбёрна "Физическая оптика", 1965, место, где он прямо указывает "закрытие чётных зон Френеля увеличивает амплитуду колебаний световой волны в 2х, а освещённости - в 4х".

Владимир Ильич, вы прежде разберитесь, как работает зонная пластинка, прежде чем продолжать про нанесение зон на объективы.

Объектив вносить такую фазовую задержку в волновой фронт, что преобразует, скажем, плоский фронт в сходящийся сферический. Сходящийся сферическом волновой фронт синфазный, на нем нет зон деструктивной интерференции, которые можно было бы закрыть, как в зонной пластинке.

А зонная пластинка работает по другому. Зонная пластинка может быть, например, плоской (в общем случае, любой, но разберемся на примере плоской). Плоская зонная пластинка рассчитывается на определенное фокусное расстояние, но она не формирует сферический волновой фронт, просто на ней закрыты зоны деструктивной интерференции, откуда волна идет в противофазе, и оставлены открытыми зоны конструктивной интерференции,  откуда волна приходит в фазе. При таких закрытых зонах теряется половина света, но можно обойти это и сделать зоны с фазовым сдвигом на пол волны, тогда ничего вообще закрывать не нужно. В фокус придет почти весь собранный свет, за исключением того, что у зонной пластинки возникают дополнительные дифракционные фокуса первого и более высоких порядков, куда тоже уйдет часть света, создавая фоновую засветку.
Ну, и фазовые пластинки требуют монохроматический свет, в белом свете у них сильный хроматизм.

..при содействии коллег, сегодня одна родилась (см. илл.)

Ну, а здесь даже фокусные расстояния разные у центрального объектива и окружающего кассегрена, не говоря уже о разной длине оптического хода.
Такие системы годятся для осветительной оптики, там достаточно лучевой оптики, фазировать волновой фронт не требуется.

[ekvi]

Ну, а здесь даже фокусные расстояния разные у центрального объектива и окружающего кассегрена, не говоря уже о разной длине оптического хода.

Как-то отрицательно влияет на Вас европейская атмосфера!
Вы снимите очки (или наденьте?) и присмотритесь: у RR и у RF не только фокусы, но даже длины одинаковые, чего в случае, рассматриваемом мною и Vla, нет необходимости.
На остальные Ваши выпады позвольте не реагировать.

[Gleb1964]

Как-то отрицательно влияет на Вас европейская атмосфера!
Вы снимите очки (или наденьте?) и присмотритесь:

Да электронную лупу возьму, и для вас тоже, компьютер, все-таки. Вот ваше предыдущее сообщение, фокуса разные, зафиксированный факт, но фокус вы можете в дизайне подогнать, хотя кривизну поля и дисторсию уже не подгоните, по полю точки все равно развалятся:



Основная проблема состоит в фазировании волнового фронта, чтобы волновой фронт получился когерентным, а без этого вставка куска волнового фронта к другому куску не работает. В лучевой оптике работает, а в волновой нет. Получается еще один вариант телесокопа "Синтез", как из соседней темы, где семь зеркал пытались некогерентно сводить семь изображений в одно. А задача фазирования двух независимых участков волнового фронта архисложная и решается только активными методами, активной оптикой, пассивными способами не решается, только как цельный элемент. А активная оптика это супердорого и суперсложно для любителя. А с активной оптикой прямой путь повышения разрешения это увеличение поперечника апертуры.

[Vla]

как показано ниже

1. Найдите у Дитчбёрна "Физическая оптика", 1965, место, где он прямо указывает "закрытие чётных зон Френеля увеличивает амплитуду колебаний световой волны в 2х, а освещённости - в 4х".

Это для центральной точки дифракционной картины и для когерентного света (когерентные волны складываются на уровне амплитуды, а интенсивность определяется квадратом комплексной амплитуды). Некогерентные волны складываются на уровне интенсивности, поэтому блокирование почти половины площади апертуры не приведет к увеличению интенсивности, а только к ее потере. Что действительно важно, это распределение энергии. При внешнем радиусе зоны Френеля, заданном sq.root (nfLambda), где «n» — порядковый номер (1,2,3…), «f» — фокусное расстояние (т.е. разделение до изображения), а Лямбда — длина волны. Вот как выглядят выходные данные для f = 1000 мм (первые 17 зон). Очевидно, слишком много энергии передается за пределы центрального диска.

[Vla]

Можем ли мы сказать, что невозможно когда-либо разработать технологию, позволяющую, например, превратить каждую точку волнового фронта в излучатель, подобный лазеру, тем самым устраняя дифракцию?

Это уже методы нелинейной оптики.
Да, такое возможно сделать, и теоретически и даже уже были проведены эксперименты, подтверждающие, что можно преодолеть дифракционный предел методом "клонирования" фотонов лазерным усилителем. Я даже создавал тему об этом на форуме с ссылкой на публикацию:
(...)
Эксперимент показал преодоление дифракционного предела, т.е. в изображении появились пространственные частоты выше, чем частота отсечения D/λ для обычной оптики.
Сам по себе метод имеет только теоретическую ценность, практической ценности не имеет потому, что работать может только в режиме очень слабого потока света, требуется режим единичных фотонов.

Интересно. На данный момент это немного, но в Сербии есть поговорка: зрно по зрно, погача (зерно за зернышком, булочка).

[ekvi]

Друзья!
Вы просили идеи? Я вам подкинул одну: следов от растяжек нет? А при открытии первой зоны Френеля и заполнении её рефрактором даже возникает дополнительный плюс. С вашей стороны нужно не во мне отыскивать отсутствие музыкального слуха, а, настроив свой камертон, усиливать и раздвигать предложенное положительное.
Вот тогда

зрно по зрно, погача (зерно к зернышку будет у нас булочка).

[ekvi]

при открытии первой зоны Френеля и заполнении её рефрактором возникает дополнительный плюс

Этот плюс нужно дополнить ЧКХ. А пока - только ФРТ:
ср. ФРТ: 1илл. - ЦЭ = 0.27, 2 - ЦЭ = 0.74, 3 - ЦЭ = 0.74, но открыта 1 зона френеля, и ФРТ близка к ФРТ с ЦЭ = 0.27.
Конечно, это - в монохроме, но мне уже видится, что если в ЦЭ вставить рефрактор, то вид в фокусе принципиально изменится.
Именно ЦЭ в рефлекторе = бельмо, которое необходимо удалить.
И что самое замечательное в этом мертвоприятии: телеобъектив расчитать, изготовить и установить на УЖЕ ДЕЙСТВУЮЩИЙ кассегрен: 1 - - кассегрен ф 400, 2 - телеобъектив. У обоих объективов F = 1497 мм, поле 7 мм, диаметр ТО равен диаметру вторички у кассегрена - его можно поставить перед фронтальным мениском кассегрена. Диаметр отрицательного компонента равен 0.4 диаметра вторички, т.е их можно соединить.
Если взять АПО, то диапазон спектра можно расширить, т.к. для рефлектора это - не проблема.

[Vavanzer]

3. Но в первом же посте по этому вопросу я уже наметил прямой, уже сегодня известный и применяемый способ: напыление затеняющих зон = бинарная оптика.
Понятно, что все эти рассуждения на перспективу, когда эти технологии станут доступны обычному ЛА.

  Существуют даже линзы с переменной дисперсией, по толщине и диаметру! )) Да еще и используются вовсю, в некотрых приборах. Тут правда про них не знают почему то!
 Я как то лет 5 назад придумал, что если 2 стекла разной дисперсии или коэфициента предомления спечь между собой)) Получится область с плавным градиентом характеристик.
А потом нашел в инете что такое давно уже существует, различные неоднородного состава по радиусу или толщине линзы!

[библиограф]

В общем, скажите, из какого класса гимназии вас вытурили за неуспешность?
Из шестого?
-Из пятого,- отвечал Лоханкин.
-Значит до физики Краевича вы не дошли. И с тех пор ведете исключительно интеллектуальный образ жизни?

Золотой Теленок
Линзы с градиентным показателем преломления придумал сто лет назад знаменитый американский оптик Роберт Вуд;
он же предложил способ их фабрикации  и выполнил ряд изящных опытов с ними.
Эксперименты Вуда подробно описаны в книжке В.В. Майера Простые опыты по криволинейному распространению света. Серия
Библиотечка физико-математической школы.
Склейки из пар стекол с одинаковым показателем преломления но разными дисперсиями конструкторы используют
в объективах, зачем - всё равно не поймете. Вам достаточно уяснить себе, что всё уже изобретено до вас и вы ничего придумать
не можете.
Снаружи это выглядит как плоскопараллельная пластинка,она склеена из плоско-выпуклой и плоско-вогнутой линз.

[ekvi]

Но меня сегодня больше заботит, насколько позволит поднять ЧКХ открытие 1й зоны (точнее - первых зон) Френеля в центре ЦЭ.
Здесь - исходный кассегрен с ЦЭ = 0.74, ФРТ с таким ЦЭ и ЧКХ, 2д и 3д.

[ekvi]

Здесь: ЦЭ = 0.74, но в ЦЭ вставлен рефрактор ф 30 мм, с тем же фокусом. На илл. -  ФРТ, ЧКХ, 2д и 3д.

[ekvi]

Здесь: ЦЭ = 0.74, но в ЦЭ вставлен рефрактор ф 60 мм, с тем же фокусом. На илл. -  ФРТ, ЧКХ, 2д и 3д.

[ekvi]

Здесь: ЦЭ = 0.74, но в ЦЭ вставлен рефрактор ф 90 мм, с тем же фокусом. На илл. -  ФРТ, ЧКХ, 2д и 3д.

Как видим, с увеличением окна в ЦЭ ЧКХ приближается к системе, свободной от ЦЭ.

Конечно, не обязательно за исходник брать рефлектор с "конским" ЦЭ. Но он взят для начала, как кольцевой - для более лёгкой стыковки с рефрактором с небольшим фокусом, не телеобъектив.
Но достаточно взять рефлектор со средним ЦЭ = 0.4, например, и встроить в него соответствующий телеобъектив. Тогда получится не очень длинный "кентавр".

[VD]

Здесь: ЦЭ = 0.74, но в ЦЭ вставлен рефрактор ф 90 мм, с тем же фокусом. На илл. -  ФРТ, ЧКХ, 2д и 3д.

Как видим, с увеличением окна в ЦЭ ЧКХ приближается к системе, свободной от ЦЭ.

Конечно, не обязательно за исходник брать рефлектор с "конским" ЦЭ. Но он взят для начала, как кольцевой - для более лёгкой стыковки с рефрактором с небольшим фокусом, не телеобъектив.
Но достаточно взять рефлектор со средним ЦЭ = 0.4, например, и встроить в него соответствующий телеобъектив. Тогда получится не очень длинный "кентавр".

Дешевле, быстрее и надежнее:

1. апохромат (или ахромат для монохроматических задач)
2. сделать ц.э. меньшим
3. не обращать внимания на не самое большое ц.э.

[Vavanzer]

Вам достаточно уяснить себе, что всё уже изобретено до вас и вы ничего придумать
не можете.

  С чего жто человек, не знающий о том что что то уже изобретено давно, не может самостоятельно и независимо повторить подобное открытие, или выйти на такую же идею? Условно говоря, находясь в своего рода информационном вакууме.
 Полно решений, на которые люди выходят независимо, и лишь пожже узнают, что все это давно уже открыто, запатентовано, и даже используется)))
  Базовая физика одна для всех, и из нее все и пооистекает!

[Vla]

...При внешнем радиусе зоны Френеля, заданном sq.root (nfLambda), где «n» — порядковый номер (1,2,3…), «f» — фокусное расстояние (т.е. разделение до изображения), а Лямбда — длина волны. Вот как выглядят выходные данные для f = 1000 мм (первые 17 зон). Очевидно, слишком много энергии передается за пределы центрального диска.

Выбросьте это в мусор. Единственное, к чему приведет блокирование четных зон Френеля на вогнутом сферическом волновом фронте — это потеря центральной интенсивности: пропорционально блокируемой области при некогерентном свете и пропорционально квадрату области при когерентном. Волны, выходящие за пределы центральной точки волнового фронта, будут иметь разную длину пути по сравнению с некоторой осевой точкой впереди, только с выпуклым или плоским волновым фронтом (другими словами, они будут оказывать различный конструктивный или деструктивный вклад в центральную точку). При плоском волновом фронте и расстоянии в дальнем поле (D^2/Lambda) существуют некоторые различия между изображением всех зон и изображением нечетных зон (для первых 9 зон Френеля), но центральная интенсивность существенно не меняется (оба изображения нормализации 0-1 нормализированы к пик идеальной апертуры). Увеличение интенсивности за счет блокировки четных зон Френеля, по-видимому, происходит в каком-то другом частном случае.

[ekvi]

Дешевле, быстрее и надежнее:
1. апохромат

диаметром 400 мм?!

Выбросьте это в мусор.

К сожалению, опыта работы с "кентавром" ни у кого из присутствующих нет.
Требуется наблюдательный "критический эксперимент".

[Gleb1964]

Выбросьте это в мусор.

Влад, хорошо, что вы поправили себя, а то я уже хотел влезть с возражениями.
Если оптика сформировала качественный сферический волновой фронт и мы находимся в точке фокуса этого фронта, то из этого фокуса длина оптического хода до любой точки волнового фронта одинаковая. Такой волновой фронт синфазный, имеет одинаковую фазу по фронту, все точки волнового фронта работают для конструктивной интерференции. Можно сказать, что весь волновой фронт это одна зона Френеля, никаких других зон там нет, исключать нечего. Вот я и не понимаю, какие же зоны собрались исключать на сферическом фронте??!

А вот другой случай, если волновой фронт неидеальный, с аберрациями и местными волновыми ошибками, то маскирование зон волнового фронта там, где фаза отклоняется более чем на 1/4 волны, приведет к усилению центрального максимума, но центральный максимум все равно не превзойдет идеальный волновой фронт.   

Дешевле, быстрее и надежнее:

1. апохромат (или ахромат для монохроматических задач)
2. сделать ц.э. меньшим
3. не обращать внимания на не самое большое ц.э.

Да, соглашусь, примерно так.

Есть еще вариант 4)  - внеосевые зеркальные системы без центрального экранирования.
Вот недавняя тема на клаудях, человек сделал внеосевой двухзеркальный телескоп системы Куттера, 250мм #F20, фокусное порядка 5 метров, почти плоское поле этак под 80..100мм диаметром. Главное зеркало параболизировано примерно на 60% от параболы, вторичное зеркало выпуклое, почти такой же кривизны, что и главное, но тороидной формы, т.е. имеет немного разный радиус кривизны по двум перпендикулярным сечениям R =6198мм /6327мм.  Фокальная плоскость наклонена на 7 градусов.
https://www.cloudynights.com/topic/935825-a-250-mm-f20-kutter-telescope-with-toroidal-secondary-mirror/



Я прогнал систему через Zemax, получил почти такую же систему, штрель в центре поля 0.999, никакого центрального экранирования, если кого-то оно очень беспокоит. Вполне реализуемая система.

[библиограф]

 Для юстировки к этому телескопу должна быть придана портативная складная оптическая скамья.