Ризли-призмы

Призмы Рисли (также называемые парой призм Рисли или вращающимися клиновыми призмами) — это устройство управления лучом, состоящее из двух тонких клиновых призм, соосно установленных и независимо вращающихся вокруг оптической оси. Изменяя углы относительного вращения клиньев, устройство отклоняет падающий луч в любой азимут внутри конуса, полуугол которого задаётся углами клина призм и показателем преломления стекла. Пары Рисли используются для управления и наведения луча в таких приложениях, как лазерная связь в свободном пространстве, отслеживание, сканирующий и imaging лидар, а также в офтальмологических инструментах для тестирования выравнивания глаз с помощью переменной призмы.

Преимущества включают компактную, герметичную и соосную конструкцию; непрерывное двухосевое наведение с использованием только вращательных приводов; возможность создания больших свободных апертур. Ограничения включают хроматическую дисперсию, нелинейное отображение углов, требующее калибровки или обратной кинематики, конечный угловой диапазон по сравнению с кардановыми подвесами и малый остаточный радиус сканирования, определяемый толщиной и расстоянием между призмами. Исторические заметки позднее уточнили происхождение эпонима и раннее офтальмологическое использование вращающейся призмы в конце XIX — начале XX веков.

Принцип работы[править | править код]

Каждая тонкая клиновая призма отклоняет параксиальный луч на угол δ ≈ (n−1)α, где n — показатель преломления, а α — угол клина (в радианах). При использовании двух идентичных клиньев результирующее отклонение задаётся векторной суммой индивидуальных векторов отклонения по мере вращения призм; величина отклонения варьируется от почти нуля (когда клинья противоположны) до приблизительно удвоенного отклонения от одной призмы (когда клинья сонаправлены). Точное предсказание и обратное управление (вычисление двух углов вращения из желаемого направления наведения) может выполняться с использованием параксиальных моделей первого порядка или точного непараксиального трассирования лучей; опубликованы аналитические и итерационные обратные решения.

Сканирующие паттерны и управление[править | править код]

При постоянных, возможно неравных, скоростях вращения двух призм выходной луч на удалённом экране формирует розовидные/Лиссажу-подобные паттерны, радиус и периодичность которых зависят от соотношения скоростей и начальной фазы. Эти семейства сканирования обычно используются для покрытия области и могут формироваться законами движения или каскадами из нескольких пар.

Оптические аберрации и калибровка[править | править код]

Поскольку призмы Рисли являются преломляющими, они вносят хроматическую дисперсию и искажения, зависящие от поля. Подходы для смягчения этих эффектов включают использование ахроматических материалов, дифракционно-скорректированных клиньев (гризмов) и калибровку прямых/обратных моделей управления. Однако хроматические аберрации менее значимы, когда луч является монохроматическим лазерным пучком.

Другой характеристикой призм Рисли является то, что даже когда призмы ориентированы для минимального отклонения, конечная толщина и расстояние вызывают смещение луча на малый остаточный радиус (даже если направление луча не изменяется). Это необходимо учитывать в приложениях точного наведения.

Лазерное отслеживание и оптическая связь в свободном пространстве. Пары Рисли обеспечивают компактное соосное управление без перемещения больших зеркал и используются в системах отслеживания/наведения и FSO-линиях; производительность и обратное управление были тщательно проанализированы.
Головки самонаведения и наведение в аэрокосмической отрасли. Патенты и отчёты описывают основанные на призмах Рисли направляющие луча внутри конформных куполов для компактного наведения и отслеживания.

Ссылки[править | править код]