Исследования, связанные с голографическими методами по­лучения и преобразования изображений, привели к созданию новой оптической структуры — «киноформа». Киноформ — фазовый эле­мент переменной оптической толщины, преобразующий форму вол­нового фронта заданным образом с минимальными потерями свето-

вой энергии. Физически он представляет собой плоскую рельефную пластинку, в которой изменения оптической толщины лежат в пре­делах длины волны света [8.6, 8,7].

Из известных элементов к киноформу ближе всего подходят линзы Френеля, пластинки Шмидта, эшелон Майкельсона, фазовые дифракционные решетки. Дифракционная эффективность определя­ется формой штриха решетки или фазовой функцией пропускания. На рис. 8.5 показаны примеры разовых функций пропускания штри­хов дифракционных решеток.

При синусоидальной модуляции (рис. 8.5, а) дифракционная эффективность (ДЭ) для +1 порядка дифракции равна 34%. ДЭ при прямоугольной форме штрихов равна 40-50% (рис. 8.5, б). Если же Форма штрихов решетки пилообразная (рис.8.5, в), то ДЭ достигает 100%. Этот факт легко можно объяснить тем, что каждый штрих яв­ляется маленькой призмой.

Глубина решетки при этом определяется: Н = X / (п — 1), где X — длина волны; п — коэффициент преломления материала.

Такие дифракционные оптические элементы (ДОЭ) с модуля­цией функции пропускания штриха по пилообразному закону и по­лучили название киноформных оптических элементов (КОЭ). Ра­диусы г зон (кольцевых штрихов) киноформной линзы определяют­ся уравнением:

г= ^2kAF + (tA)/4 , (8.2)

здесь к = 1, 2, 3,…- номер зоны.

Числовая апертура такой линзы: N А = D / 2F, где D — диаметр линзы; F — фокусное расстояние.

На практике пилообразная функция пропускания аппрокси­мируется набором прямоугольных или синусоидальных функций. Дифракционная эффективность W киноформной линзы для количе­ства ступенек z, образующих пилообразную форму, представлена ниже.

Использование киноформных оптических элементов (КОЭ) в качестве концентраторов солнечного излучения.

Сильный хроматизм КОЭ накладывает определенные особен­ности на работу его в качестве концентратора солнечного излуче­ния. На рис. 8.6 показана схема работы киноформного концентрато­ра.

Фокусное расстояние киноформной линзы равно:

F « R2 / А., (8.3)

где R = D/2 — радиус линзы, определяется длиной волны света.

На рис. 8.6 показаны фокусные расстояния для трех длин волн А-о, А, ь Х2.

і Рис. 8.7. Форма профилей изготовленных киноформных линз в цен — v тральной части (вверху) и на периферии (экспериментальные данные)

Длине волны А,0 соответствует фокусное расстояние F0. На этой длине волны световой поток фокусируется в центре площадки d.

При изменении длины волны на величину М. = Xi — Я,0 фокус­ное расстояние изменится на величину AF = F0, Я. і / Х2.

Полный спектральный диапазон (на уровне 0,7) определяется по формуле:

’ 2А<о k d/D.

Если Х0 = 0,8 мкм, (центр спектральной чувствительности Si-фотоэлемента), к = 1,5, d = 1,2 мм, D = 6,5 мм, концентрация К = = 30, рабочий спектральный диапазон 0,4 мкм, что явно недостаточ­но, т. к. рабочий диапазон от 0,4 до 1,1 мкм равен 0,7 мкм, т. е. эф­фективность перекрытия спектрального диапазона = 0,4/0,7 = 0,57.

Для улучшения степени концентрации излучения и расшире­ния спектрального диапазона необходимо увеличить глубину пило­образной структуры (рис. 8.5, в).

На рис. 8.7 приведены экспериментальные микроинтерферо­граммы профиля изготовленных киноформных линз.

По заданию авторов в Институте автоматики и электрометрии Сибирского отделения Академии Наук были изготовлены экспери­ментальные образцы киноформных линз, фотографии которых при­веденные на рис. 8.8, 8.9.

На рис. 8.8 показана матрица концентрических киноформных линз, изготовленных на основе фотополимера «Дискофот 1» (ДФ1) с рельефным полимерным слоем на стеклянных пластинах размером 100 х 100 мм, (количество линз 15 х 15 шт.) с толщиной слоя поли­мера 5-12 мкм, диапазон рабочих температур — 20 — 80 °С.

Рис. 8.8. Матрица
концентрических
киноформных линз
во время солнечных
испытаний

Дифракционная эффективность составляла от 0,75 до 0,85% в зависимости от времени экспозиции. На рис. 8.9 приведена матрица линейных линз размером 8×6 мм с фокусным расстоянием F0 = 33 мм.