Фино изработeни поръчкови телескопи и прецизна оптика

Изследване на повърхнината на огледало с уред на Фуко

pic0 Светлинните лъчи, идващи от космически източник са толкова далеч, че не пристигат радиално, а успоредно един на друг до земята. Такива успоредни лъчи се фокусират от параболично огледало в една точка, наречена фокус. Разстоянието от тази точка до повърхнината на огледалото се нарича фокусно разстояние. Сферичното огледало, от друга страна, не фокусира тези успоредни лъчи в една точка, а в по-широка зона, близка до фокуса и затова образът, който се получава е нефокусиран.

Ако обаче, светлинните лъчи идват не от космически, а от близък точков източник, то тогава ситуацията е обратна. Сферичното огледало фокусира лъчите от точков източник в една точка, докато параболичното ги фокусира в по-широка зона. Разстоянието от тази точка до повърхнината на огледалото се нарича радиус на кривина и е два пъти по голямо от фокусното разстояние.

Тази особеност на сферичното огледало да не успява да фокусира успоредни лъчи в една точка се нарича сферична аберация и се използва за изследване точността на параболичната повърхнина на огледалото, както и при самия процес на параболизация на сферичната повърхнина.

pic1Ако пресечем лъчите, идващи от точков източник с нож, близо до точката на фокусиране, то получения образ, който ще наблюдаваме, е равномерно сива зона по цялата повърхност на огледалото.

 

 

 

pic2 pic7Когато преместим ножа напред или назад от точката на фокусиране и пресичаме светлинните лъчи, то получения образ, който ще се наблюдава е затъмнено огледало от едната или от другата страна.

 

 

 

pic3Ако повърхнината на огледалото не е идеална сфера, то когато пресечем светлинните лъчи близо до фокуса, някои от тях ще се фокусират пред ножа, а някои зад ножа. Образът, който ще се наблюдава ще бъде със смесени тъмни и светли участъци от лявата и от дясната страна на огледалото. Този образ се нарича диаграма на сенките и дава информация за релефа по повърхнината на огледалото.

Ако ножът на Фуко се замени от решетка на Ронки, то полученият образ представлява тъмни и светли вертикални линии по повърхността на огледалото. По вида на тези линии може да се направи извод за вида на кривината и да се открият общи дефекти по нея, върхове и долини, обърнати ръбове и други. Решетката на Ронки представлява фотографска плака, на която са отпечатани гъсто разположени тъмни и светли ивици. Най-често се използват решетки с гъстота около 100 ивици на инч (4 ивици на милиметър).

pic8

 

Образ от пресичане пред фокуса - прекоригирано огледало

Образ от пресичане зад фокуса - недокоригирано (сплеснато) огледало

 

 

pic9

 

Образ от пресичане пред фокуса - идеална сфера

Образ от пресичане зад фокуса - идеална сфера

 

 

pic10

 

Образ от пресичане пред фокуса - недокоригирано (сплеснато) огледало

Образ от пресичане зад фокуса - прекоригирано огледало

 

 

 Ако огледалото не е сферично, а параболично, то различните зони от параболичната повърхнина ще фокусират лъчите от точков източник на различни места. Можем да опростим параболата като я разделим на зони и приемем, че тези зони са последователност от окръжности с различни радиуси на кривина, фокусиращи лъчите на различни места.

pic4

Ако приложим това опростяване към известната параболична повърхнина, която искаме да постигнем, то може да намерим количествените разлики във фокусното разстояние на избраните от нас зони между търсената парабола и постигнатата на определен етап от параболизацията.

Цялото това изследване може да бъде направено с уред на Фуко, който действа по описания вече начин чрез пресичане с нож на лъчите идващи от точков източник в близост до точката на фокусиране. Когато например пресечем лъчите в точката на фокусиране на някоя от избраните окръжности, то образът на сенките в тази зона ще бъде еднакво сив и от двете страни на огледалото. Когато придвижим ножа и пресечем лъчите в друга зона, то цветът на сенките ще бъде еднакво сив в новата зона. По този начин може да намерим разстоянието между центровете на двете окръжности и да го сравним с това на параболата, която желаем да постигнем. Така може да намерим разликата и грешката, която трябва да коригираме, за да постигнем желаната повърхнина.

 

pic5

Практически това става по следния начин. След като сме избрали определен брой зони за опростяване на параболата, закриваме останалата част на огледалото за по-лесно отчитане със специално изработена маска, наречена Кудер маска, като остават открити само избраните зони. С уреда на Фуко намираме положението на ножа, при което първа зона от ляво и първа зона от дясно на Кудер маската са с еднакъв цвят на сенките. Това означава, че сме в положението на фокусиране на първа зона, при което правим отчет по индикаторния часовник. Последователно придвижваме ножа назад, като преминаваме през всички зони и правим отчети при изравняване на цвета на сенките за всяка зона. Изравняването на цвета на сенките на всяка зона всъщност означава, че пресичаме лъчите в точката на фокусиране на тази зона. На посочената снимка цветът е изравнен за зона 7.

 

pic6След като сме направили отчети по всички зони, сравняваме тези отчети с желаните стойности на известната параболична повърхнина, която искаме да постигнем. Целият процес на анализ и изчисление на отчетите е разработен в специализиран софтуер, който може да бъде ползван. Програмата с отворен код, която може да се ползва е FigureXP. Тя дава процента на корекцията между отделните зони, грешката на сферичната аберация – PV, както и други полезни резултати. При работата по параболизация на огледалото се правят периодични изследвания с този метод и се взема решение в кои зони и колко трябва да се коригира огледалото при следващата сесия. Параболизирането приключва до постигане на определена избрана точност PV на корекцията на сферичната аберация. Стандартната точност, която трябва да бъде постигната е PV = 1/4 от дължината на вълната.

Трябва да отбележим, че методът на изследване с уред на Фуко дава резултати само в изследвания профил и показва грешката PV само по отношение на остатъчната сферична аберация. Коефициентът PV намерен по този начин не дава представа за броя на грешките по цялата повърхнина на огледалото, нито за гладкостта на повърхнината или астигматизма. С уреда на Фуко и диаграмата на сенките тези показатели могат да бъдат видяни и сравнително добре оценени качествено, но количествената оценка може да се получи само при интерферометрия. Коефициентът, който най-добре характеризира състоянието на повърхнината на огледалото е коефициентът Strehl, който се получава при изследването с интерферометър. Въпреки това, изследването с уреда на Фуко има своето място и е широко използвано от производителите на огледала за телескопи в цял свят.