Привет, Хабр! Меня зовут Андрей, я – специалист по оптическим системам, оптик и конструктор в одном лице. В этой статье я немного отвлекусь от курса основ оптики и покажу интересный кейс.
Когда-то я разрабатывал лазерный дальномер (расчёт оптики и конструирование механики). В самом начале работы мне попалась 3D-модель китайского аналога. Откуда она взялась – неизвестно. Я не знал ни марку дальномера, ни производителя, ни технические характеристики. Дело было вечером, делать было нечего, и я решил посмотреть, какую информацию можно вытянуть из одной только геометрии модели, опираясь только на знания оптики.
Изначально при помощи реверс-анализа я хотел лишь вычислить диаметр лазерного луча, который выходит из излучателя, но постепенно вошёл во вкус и зареверсил дальномер целиком.
Итак, немного теории. Оптическая схема лазерного дальномера делится на несколько принципиальных частей:
Излучатель (обычно – лазерный диод с вторичной оптикой)
Расширитель лазерного луча (часто встречается жаргонное название телескоп за счёт того, что их принципиальные оптические схемы похожи)
Приёмный объектив
Светофильтр
Приёмник (лавинный фотодиод)
Дисклеймер – здесь и далее мы будем говорить только об импульсных дальномерах для измерения больших расстояний по времени полёта лазерного луча до цели и обратно (TOF, time of flight rangefinders).
Попробуем пройтись по 3D-геометрии дальномера и проанализировать каждую его часть.
Излучатель
Визуально излучатель оказался знакомым. Мне доводилось видеть похожие модели. Реальный излучатель, очень похожий на тот, что размещён в 3D-модели, показан на картинке ниже:
В корпус налит синий герметик, оптические элементы вдавлены в него как в пластилин. Точность центрировки оптических элементов при закреплении их таким методом можно оценить самостоятельно. У меня есть подозрение, что разница между заявленной и реальной дальностью некоторых китайских дальномеров кроется в том числе в такой сборке излучателей.
Особенно интересно выглядит крепление первой линзы расширителя лазерного луча: ко дну корпуса приклеен стеклянный кубик (вероятно – из остатков производства), к которому приклеена консольно висящая линза:
Однако начинка излучателя – не более чем техническое отступление. Изначальная цель реверс-анализа – найти диаметр лазерного луча, а сам излучатель можно рассматривать просто как «чёрный ящик».
Лазерный луч, тем более от коллимированного лазерного диода – не идеальный параллельный пучок; он неоднороден по сечению и по направлению полёта отдельных фотонов. Любой лазерный луч из-за дифракции имеет угловую расходимость, которую необходимо учитывать в расчётах. Все дальнейшие рассуждения будут опираться на луч, выходящий из излучателя с фотографий выше, т.к. его примерные параметры были известны.
Рассмотрим конструкцию расширителя пучка (разрез выполнен по 3D-модели, с эскиза удалено всё лишнее):
Для сравнения, расширитель пучка, который я рассчитал ранее для своего дальномера:
Сходство налицо. При расчёте расширителя, опираясь только на общие законы оптики и расчётные приёмы, получилась аналогичная схема. Интересно.
Примечание. Принципиальные схемы идентичные, но есть три серьёзных различия:
Мне получилось сделать радиусы отрицательной линзы (на рисунке – слева) одинаковыми, что заметно удешевляет линзу – необходимо готовить полировальную оснастку только для одного радиуса.
Одна из поверхностей последней линзы у меня плоская, а у китайцев – «почти» плоская (большой радиус R117,38). Такой радиус по тем же причинам усложняет и удорожает линзу (оснастку для плоской поверхности готовить не нужно, она всегда есть в наличии). Почему китайцы не заменили почти плоскую поверхность на плоскую (в простых оптических схемах это обычно возможно) – неизвестно.
В моей схеме все компоненты из одной марки стекла (самое ходовое К8 ЛЗОС / BK7 Shott), а у китайцев – нет (далее в статье это будет доказано). Хотя подмечу, что это не однозначно преимущество, иногда наоборот плохо влияет на габариты схемы из-за того, что у дешёвых стёкол показатель преломления чаще низкий (~1,5 против 1,7…1,8 у тяжёлых стёкол). В каждой конкретной схеме необходимо искать оптимум.
В итоге, моя оптика оказалась проще и дешевле.
Идём дальше. Попробуем восстановить изначальную оптическую схему.
Вычисление диаметра лазерного луча и восстановление оптической схемы расширителя
В оптических схемах элементы традиционно нумеруются по направлению движения света, а световые лучи на чертежах идут справа налево. Соответственно, линзы для удобства обозначим по порядку: 1, 2 и 3:
Диаметры оправ позволяют в промежутке между линзами 1 и 2 восстановить световую трубку (так в оптике называют световые пучки, ограниченные рабочими диаметрами линз):
Диаметр светового пучка, падающий на линзу 2 слева, равен световому диаметру линзы 2 (либо незначительно меньше его). Световой пучок диаметром меньше заставил бы сделать меньше диаметры линз 2 и 3, а диаметром больше виньетировался бы на оправе.
Максимальный диаметр на линзе 1 ограничивается её оправой (красные линии):
Итого, конструкция расширителя не позволяет трассировать пучки более ~1,35 мм на выходе из линзы 1:
Линза 1 – отрицательная (рассеивающая). Это заметно по вогнутой форме преломляющих поверхностей; кроме того, в расширителях лазерных пучков первый компонент всегда рассеивающий. Диаметр пучка на выходе такой линзы всегда больше, чем на входе, а разница диаметров пропорциональна показателю преломления.
Попробуем вычислить предельные значения. Идём на официальный сайт производителя китайского оптического стекла CDGM cdgmglass.com/glass-finder (раз дальномер китайский, то в нём 99% китайские стёкла) и смотрим, какой наименьший показатель преломления есть в каталоге. Чем меньше показатель преломления – тем меньше разница в световых диаметрах на входной и выходной преломляющих поверхностях линзы:
Получаем результат со стеклом с самым низким показателем преломления – что-то из сверхлёгких кронов (оптические стёкла глобально делятся на кроны и флинты).
Примечание. Стёкла с предельными характеристиками редко применяются в реальных оптических системах из-за их дороговизны и различных специфических особенностей (трудность обработки, пятнаемость и т.д.). Можно уверенно утверждать, что в линзе используется другая марка стекла (далее получится подобрать пару подходящих вариантов). Но для анализа удобно использовать именно предельные значения.
Смоделируем геометрию расширителя в программу для расчёта оптических систем Zemax, направим в схему пучок заведомо малого диаметра (0,3 мм) и подставим в качестве материала первой линзы найденную выше модель стекла. Оставшиеся стёкла пока оставим самой дешёвой и ходовой маркой из каталога CDGM – H-K9L (китайский аналог К8 ЛЗОС / BK7 Shott):
Видно, что с такими марками стёкол оптическая система не работает как расширитель: мнимое изображение расположено в 63 миллиметрах слева от первой линзы, тогда как из реального дальномера, очевидно, должен выходить лазерный луч (практически параллельный пучок):
Снимем ограничения на минимальный диаметр первой линзы и увидим по таблице, что разница между выходным и входным световыми диаметрами равна 0,256/0,15 = 1,706 ≈ 1,7.
Вспоминаем, что максимальный выходящий диаметр пучка равен 1,35 мм. Соответственно, диаметр входящего пучка теоретически не может быть больше, чем 1,35/1,7= 0,794 ≈ 0,8 мм. С любым другим стеклом и/или с большим диаметром световой поток сразу начнёт виньетироваться на оправах линз.
Итак, мы восстановили предельное значение диаметра входящего пучка – 0,8 мм. Это важная информация, она пригодится нам в дальнейшем.
Меняем диаметр входящего пучка на 0,8 мм. Заодно добавим входящему пучку аподизацию по Гауссу, изменив плотность пучка в сечении с равномерной на нормальное (гауссово) распределение. Сечение энергии в лазерных лучах и коллимированных лазерных диодах близко к нормальному, а фактор аподизации 1 оставляет на краю входящего пучка ~13% энергии от центра, что соответствует значению, на котором лазерщики традиционно измеряют интенсивность и расходимость:
Стекло первой линзы для начала ставим всё то же массовое H-K9L. Смотрим результат:
Получившаяся схема не является расширителем. Из неё выходит такой же расфокусированный пучок с угловым расхождением по RMS в 165 миллирадиан. Диаметр световых пучков на выходе оптической системы также больше, чем в 3D-модели: 21,4 против 14 мм:
Световые диаметры. В модели нет резьбовых колец, держащих линзы, так что предполагаем, что в реальном дальномере линзы вклеены в корпус. Настоящий световой диаметр всё равно меньше (~13…13,5 мм), но для наглядности оставим 14.
Итак, мы перенесли геометрию линз дальномера в Zemax, но полученный результат не соответствует геометрии корпуса дальномера и не является оптической схемой расширителем. Что делать дальше?
Сформулируем список допущений первой итерации анализа:
Мы вычислили максимальный диаметр входящего пучка. Реальный пучок может быть меньше. Диаметр пучка не влияет на афокальность расширителя, но влияет на световые диаметры линз.
Расстояние между линзами 1 и 2 (отрицательным и положительным компонентами расширителя) может быть иное. Линза 1 находится в резьбовой оправе для юстировки межлинзового расстояния и расходимости. Возможно, она выставлена в максимальном положении (при 3D-моделировании движущиеся элементы часто оставляют в максимальных положениях), либо намеренно смещена в целях защиты коммерческой тайны. В последнем случае я предполагаю, что для быстрого шифрования схемы сдвинули то, что проще сдвинуть в сборке перед отправкой 3D-модели без изменения в самих радиусах линз.
Мы подставили самую распространённую марку оптического стекла (H-K9L). Реальные стёкла могут быть другие.
Для начала предположим, что линзы в расширителе сделаны из H-K9L – это логичное предположение для монохромных оптических систем. Для проверки этой гипотезы следует уменьшить диаметр входящего пучка и найти правильное расстояние между компонентами, и тогда система должна заработать.
Подкорректируем оптическую систему:
Меньше диаметр пучка на входе – меньше диаметр пучка на выходе. На глаз подберём диаметр входного лазерного луча так, чтобы диаметр на выходе соответствовал диаметру в 3D-модели (0,5 мм). Точный диаметр на входе можно будет рассчитать потом, сейчас это не требуется – скорость анализа важнее.
Сделаем расстояние между 1 и 2 линзами переменным. Для ускорения расчёта полезно задать граничные условия. По модели видно, что перемещение оправы с линзой по резьбе теоретически не может выйти за пределы диапазона +2/–7 мм:
Система не всё равно не стала афокальной: после локальной оптимизации параллельного пучка на выходе всё ещё нет:
Два из трёх допущений проверены, и теперь очевидно, что при данных радиусах линзы сделаны не из H-K9L. Попробуем найти комбинацию из каталога CDGM. Добавим перебор марок стёкол и включим режим оптимизации Hammer.
Бинго! Довольно быстро получилась система отличного качества:
Геометрическая расходимость менее 0,1 мрад, все лучи внутри диаметра диска Эйри. Даже по картинке видно, что из расширителя выходит параллельный пучок.
Примечание. Это не истинное решение (то есть не точное восстановление оптики китайского дальномера), а лишь один из возможных вариантов. Вот, например, ещё одно решение с другой комбинацией (марки стёкол + изменение расстояния между компонентами):
При достаточном количестве времени и вычислительных ресурсов, можно перебрать и найти все возможные решения, среди которых гарантированно будет то, что на самом стоит в дальномере. Но в этом нет необходимости. Главное – найден путь решения задачи.
Осталось посмотреть, что будет не с параллельным пучком, а с реальным лазерным лучом. Конкретно лазерного луча в последовательном режиме земакса нет, но можно неплохо его смоделировать через перераспределение плотности расчётных лучей и расходимость.
Перераспределение плотности мы задали аподизацией по Гауссу. Расходимость же можно сымитировать, поместив точку излучения не на бесконечность, а на конечное расстояние, чтобы на входной зрачок расширителя падал конус лучей с необходимой угловой расходимостью. Диаметр входного зрачка равен диаметру луча, то есть 0,5 мм. Расходимость излучателя возьмём 12 мрад (у излучателей подобного типа без расширителей расхождение примерно такое). Соответственно, точка излучения должна быть на расстоянии:
![a = \frac{0,5[мм]}{\tan(\frac{12}{1000})[мрад]}=41,66[мм]](https://habrastorage.org/getpro/habr/formulas/7/7f/7f6/7f6fc2205ff289ffa1aa0df353083678.svg)
Вводим значение 41,66 мм и корректируем расстояние между компонентами расширителя, чтобы убрать появившуюся дефокусировку. Получаем:
Световой диаметр на одном из компонентов превысил допустимый диаметр из 3D-модели. Можно добавить последний штрих к оптической схеме, немного уменьшив диаметр входящего луча:
Итоговый результат после финишной корректировки оптической схемы:
Принципиальная оптическая схема расширителя восстановлена. Разумеется, получены не абсолютно точные параметры, но достаточно точно найден диаметр луча излучателя: 0,45 мм.
Восстановление параметров приёмного объектива
Рассмотрим разрез 3D-модели приёмного объектива. В дальномере стоят по две линзы в одном месте, а третья линза висит в воздухе. Выглядит немного странно, но только на первый взгляд.
Попробуем выбрать подходящую пару линз.
Первая пара. Классическая линза с коррекцией сферической аберрации на минимум против плоско-выпуклой формы. Оптические силы практически равны, для дальнейшего анализа можно взять любую.
Вторая пара линз выглядит интереснее:
У одной из линз радиусы в целых числах. Но при расчёте радиусы никогда не получаются целыми. Даже при стандартизации и округлении до ближайших допустимых чисел радиусы линз выглядят так:
Даже один целый радиус – это огромная редкость, а оба целых – практически невозможная комбинация. Значит, вторая линза второй пары – какой-то артефакт, и её стоит отбросить.
Переносим геометрию линз в Zemax, ставим стандартные стёкла H-K9L и анализируем результат.
Система плохая по качеству (большая сферическая аберрация), а расстояние до фотодиода слишком велико:
Включаем подбор стёкол из китайского каталога и с первого раза получаем отличный результат:
Правильной линзой из первой пары оказалась та, что с плоской поверхностью. Фокусное расстояние объектива 69 мм, относительное отверстие 1:2, длина по оси 52,5 мм.
Реверс-анализ завершён. Получилось довольно точно восстановить оптические схемы обоих каналов дальномера.
От себя добавлю, что в реалиях современной российской оптики реверс-инжиниринг ценен не возможностью восстановить конкретные параметры. Отечественные оптические схемы часто рассчитаны лучше китайских, благо, значительная часть китайцев учится оптике в России. В первую очередь такой анализ ценен тем, что позволяет подсмотреть простые и экономичные конструктивные решения, которые используют китайские производители, ориентированные на низкую себестоимость и массовый рынок.
Китайские решения – отличное поле для вдохновений. В какой-то степени их инженерная школа противоположна нашей: дёшево и просто против дорого, но качественно. На балансе между ними и получается создать оптимальный по соотношению цена/качество продукт. |
P.S. Моё основное присутствие на Хабре – курс оптики для специалистов по техническому зрению. Если вы сталкиваетесь с оптикой по работе – приглашаю читать :-)
Комментарии (36)
qbertych
13.04.2026 17:38Обычно лазерные диоды дают эллиптические пучки (если повезет, то и с астигматизмом); зачем тогда столько внимания к сферическим аберрациям расширителя?
На основе чего выбирается диаметр лазерного пучка? В голову приходит только мощность лазера. (Очевидно размер пятна на цели в любом случае будет больше разрешения приемного телескопа.)
AndreyWinter Автор
13.04.2026 17:38Потому что в контексте оптики для лазерных излучателей сферическая аберрация дополнительно увеличивает расходимость лазерного луча и снижает предельную дальность работы дальномера. Сферическая аберрация никак не зависит от формы самого лазерного луча и одинаково портит луч с любой формой сечения.
Излучатель для дальномера выбирается по требуемым для работы характеристикам (мощность, расходимость, предельная частота импульсов, длина волны, габаритные размеры и т.д.). Диаметр луча не входит в этот список, это следствие конструкции конкретного излучателя. Его учитывают, под него считают оптику, но сам диаметр не выбирают - это не имеет смысла. Обычно чем мощнее лазер (особенно при переходе с лазерного диода на настоящий лазер), тем больше диаметр выходящего пучка (из излучателя, а не из вторичной оптики!)
У приёмного объектива нет понятия разрешения в привычном смысле, т.к. он не формирует изображение, а просто собирает отражённый свет на приёмный диод. Низкая сферическая аберрация приёмного канала позволяет собрать более плотное пятно и сделать менее строгими допуски на конструкцию, облегчить юстировку, повысить надёжность при колебании температуры и т.д.
qbertych
13.04.2026 17:38Хм, мне казалось, что на пучки с изначально плохим М2 (что у лазерных диодов сплошь и рядом) небольшие сферические аберрации влияют довольно слабо. Разве это не так?
По поводу лазера меня интересовал именно выходной диаметр пучка, после расширителя. Мне приходит в голову только такой подход : мы знаем интенсивность подсветки, нужную для приемника на предельной дистанции и максимальную мощность лазера (чтобы попасть в нужный класс безопасности) -> из них считаем нужный размер пятна на предельной дистанции -> из него считаем расходимость и выходной диаметр пучка. Это так или не совсем?
По поводу последнего пункта - да, вы правы.AndreyWinter Автор
13.04.2026 17:38Хм, мне казалось, что на пучки с изначально плохим М2 (что у лазерных диодов сплошь и рядом) небольшие сферические аберрации влияют довольно слабо. Разве это не так?
Я рассуждал так: коллимированный пучок после диода монохромный, [практически] параллельный и идёт вдоль оптической оси, соответственно, из всех аберраций третьего порядка влияние оказывает фактически только сферическая. Потому и устранял её - больше нечего :) С приёмным каналом - то же самое (его рабочее угловое поле пренебрежимо мало).
Сферическая аберрация, строго говоря, не про фокусировку в точку (все аберрации нарушают такую фокусировку), а про то, что лучи преломляются по-разному в зависимости от расстояния до оптической оси. А для сохранения параллельности надо стремиться, чтобы на выходном зрачке системы для любого расстояния от оптической оси лучи были параллельными.
Статье так-то года три (решил перенести на хабру только сейчас), и всех нюансов расчёта я уже не помню, но вроде бы я старался частично компенсировать расходимость луча остаточной сферической аберрацией расширителя, чтобы на выходе итоговая расходимость оставалась в допуске.
AndreyWinter Автор
13.04.2026 17:38мы знаем интенсивность подсветки, нужную для приемника на предельной дистанции и максимальную мощность лазера (чтобы попасть в нужный класс безопасности) -> из них считаем нужный размер пятна на предельной дистанции -> из него считаем расходимость и выходной диаметр пучка. Это так или не совсем?
Единственно правильного подхода в расчётной оптике нет, это не математика. Но моё мнение такое: поскольку дальности работы большие (мы же считаем предельно необходимые значения), то диаметром пятна на выходе из дальномера можно пренебречь, ибо размер пятна на цели значительно больше (да и пятно не имеет чёткой границы, там же эти окологауссовые хвосты). Потому я считаю, что диаметр пятна на выходе не важен, важна только расходимость луча.
Я бы к методике добавил учёт непрозрачности атмосферы, альбедо цели и держал в уме, что отражающая поверхность может располагаться под углом.
Radisto
13.04.2026 17:38А это специально так надо выбирать оптику и схему, чтобы потом готовое изделие на герметике можно было собрать и оно ещё и работало бы при этом? Есть схемы, более устойчивые к кривой сборке?
DvoiNic
13.04.2026 17:38ИМХО, это один из возможных инженерных подходов - создать конструкцию, которую легко и дешево производить, с получением приемлемых параметров.
AndreyWinter Автор
13.04.2026 17:38Именно так. Из минусов - иногда плавающие параметры дальномеров, ибо физику не обманешь.
AndreyWinter Автор
13.04.2026 17:38А это специально так надо выбирать оптику и схему, чтобы потом готовое изделие на герметике можно было собрать и оно ещё и работало бы при этом?
Учитывая инженерный стиль китайцев, готов поручиться, что они не думали об этом. Скорее, они выбрали что-то вроде "При хорошей сборке дальномер работает на 3 километра, при кривой, но дешёвой - на 2. Делаем что дешевле".
Есть схемы, более устойчивые к кривой сборке?
Да, есть группа принципиально нерасстраиваемых оптических элементов и систем, когда не только погрешности сборки, но и грубые отклонения в положении не влияют на работу. Самый известный пример - триппель-призма, которая отражает лучи на 180° при любом положении. Кстати, часто применяется в геодезии как раз для работы с паре с лазерными дальномерами. В тахеометр мощный дальномер не вставить - нет места. Вместо этого ставят слабые дальномеры, а на вешку цепляют триппель-призму.
Триппель-призма Из более сложных оптических систем - бинокулярные стереодальномеры, оптика в которых не расстраивалась даже при провисании труб под воздействием собственного веса и терморасширения, когда сверху на трубу светит солнышко.
Стереодальномер морской ДМ-6 со стереоскопической базой 6 метров qbertych
13.04.2026 17:38О, расскажите, какие там допуски и как это получается?
AndreyWinter Автор
13.04.2026 17:38Если вы про триппель-призму, то технически это два уголковых отражателя. Ошибка отражения луча в триппеле зависит от остаточной ошибки положения граней, то есть от качества изготовления самой триппель-призмы. А в пространстве можно вертеть как хочешь (в разумных пределах).
Триппель-призмы бывают не только как на картинке выше (с отражением на 180°), этот принцип можно использовать в любых призмах. Например, классическая пентапризма (уголковый отражатель из стекла) нечувствителен к ошибке по повороту.
Про стереодальномер и принципы его нерасстраиваемости (и компенсации оставшихся ошибок), можно прочитать у Чуриловского на стр. 431, в главе Стереоскопический дальномер.
Скрытый текст
В.Н. Чуриловский, Теория оптических приборов, 1966 – фундаментальное пособие по прикладной оптике
SeregaSA73
13.04.2026 17:38А какую максимальную точность за вменяемый ценник может обеспечить лазерный дальномер, микроны сможет?
DvoiNic
13.04.2026 17:38Это уже не пролетный, а какой-нибудь интерференционный. Т.е. будет совершенно другая оптическая схема, и т.п.
Fromych
13.04.2026 17:38Для микронов лазерный дальномер в привычном понимании не подойдет, там уже надо смотреть лазерные интерферометры
AndreyWinter Автор
13.04.2026 17:38Микроны точно нет. Всё же это дальномер :)
Тут уже написали, что для микронных измерений используются другие приборы - оптиметры, интерферометры и тд. Точность дальномеров - фазовые и геодезические - миллиметры, мощные TOF дальномеры - иногда метры. Каждый производитель публикует точность дальномера.
На больших дистанциях вступают в силу всякие другие эффекты - например, атмосферная рефракция, когда свет идёт не по геометрической прямой. Микроны и даже миллиметры в таких условиях не измерить :)
Fromych
13.04.2026 17:38Меня смущает консольное крепление линзы, при такой сборке любая вибрация или перепад температур уведет пятно лазера в бесконечность. Но для бытового прибора, видимо, допуски позволяют подобные вольности
AndreyWinter Автор
13.04.2026 17:38Консольное крепление линзы смущало всех, кто его видел :)
По вибрации - не думаю, что будет, всё же герметик твёрдый. а масса и плечо у линзы маленькое. А вот какая центрировка у такой оптической системы - вопрос хороший.
Я смотрел формы пучков дешёвых дальномеров - они все разные иногда очень аляпистые, что свидетельствует о грубых дефектах оптической схемы: децентрировка, астигматизм и т.д.
dimonbee
13.04.2026 17:38а чем вас обычная рулетка не устраивает?
AndreyWinter Автор
13.04.2026 17:38Вопрос не очень понял. Статья про дальномер, а вопрос про [лазерную] рулетку. Лазерная рулетка - это тоже оптический дальномер, но дешёвый и с короткой дистанцией работы. Разные "весовые категории" приборов. Вы же не спрашиваете водителей КАМАЗов, чем их не устраивает "Ока".
dimonbee
13.04.2026 17:38Кажется, я между строк читал, и в итоге ерунду сморозил. Мне почему то показалось, что речь про лазерную рулетку, а не отдельный дальномер.
Wizard_of_light
13.04.2026 17:38В моей схеме все компоненты из одной марки стекла (самое ходовое К8 ЛЗОС / BK7 Shott), а у китайцев – нет
Возможно это не просто так. Лазерные схемы формально монохроматические, но в некоторых диодах длина волны может существенно плавать как в партии, так и просто в одном и том же приборе от температуры. Посмотрите при расчёте хроматизм на +-50 нм от номинальной рабочей длины волны. А так отличная работа!
AndreyWinter Автор
13.04.2026 17:38Спасибо, ценное замечание. Но про термоувод на целых 50 мкм я никогда не слышал. Всё, что я встречал, было на порядок меньше.
Мы для другого проекта как раз проводили измерение сдвига длины волны в зависимости от времени работы (=нагрева, ибо был мощный диод в массивном радиаторе с вентиляторным охлаждением) - увод был не более 5 мкм.
Первый спектрометр:
Второй спектрометр:
Если вы встречали термоувод длины волны на 50 нм - расскажите, реально интересно.
Wizard_of_light
13.04.2026 17:38На 50 - это, конечно, с запасом, но я например при использовании LFO-503 столкнулся - по спецификации рабочая длина волны на +-30 нм может отличаться от номинала, реально болталась на 25 нм где-то. И ещё какая-то линейка на 808 нм была, но у сожалению названия уже не вспомню. Но именно температурный увод у конкретного диода там был в пределах +-10 нм, там в партии от диода к диоду основная длина волны плавала.
AndreyWinter Автор
13.04.2026 17:38Спасибо, полезной и интересное дополнение! Не сталкивался ещё с настолько большим разбросом.
Wizard_of_light
13.04.2026 17:38Кстати вспомнил ещё один случай - схема на рабочую длину волны 1060 нм была ахроматизирована ещё на 525 нм, чтобы её можно было по видимому излучению проверять и настраивать.
arthuru1
Я даже и не думал что с помощью расширителя можно создать практически не расширяющийся пучек, очень интересно! А зачем так много линз в приемнике, только для исправления сферической абберации? Про плоские поверхности еще Сикрук писал что они даже сложнее параболы)
AndreyWinter Автор
Нет, расширитель не создаёт параллельный пучок. Его задача - снизить угловую расходимость лазерного излучения, чтобы дальномер работал дальше. Расширение диаметра пучка - побочное следствие оптической схемы.
Да. Причём до конца она не исправлена, есть остаточное пятно рассеяния.
Неправда) Плоскую поверхность довольно легко довести в сепараторе. Технологическое преимущество плоскости - не нужно делать отдельную оснастку (полировальный гриб).
alid
Ну коллиматор же. Как причудливо меняется терминология:)
AndreyWinter Автор
Нет, коллиматор - это оптическая система, которая фокусирует излучение с лазерного диода в параллельный луч. Сам диод светит в довольно большом угле расходимости. Чтобы получить узконаправленный луч (проекцию pn-перехода диода на бесконечность), нужна коллимирующая оптика. В простейших излучателях типа лазерной указки это одна линза, в фокусе которой ставится лазерный диод. В излучателях дальномеров - более сложная оптика, которая собирает максимальное количество света с диода, и уже потом коллимирует световой поток.
У расширителя другая функция. Часто остаточная угловая расходимость после коллиматора всё ещё слишком большая, и тогда ставят расширитель, цель которого - уменьшить расходимость. Например, расходимость луча за коллиматором 4 мрад, а после 4× расширителя - 1 мрад (побочно увеличивая его диаметр в 4 раза, но это не изначальная цель).
arthuru1
Нуда тут диаметры мелкие, это не целостат и смотря какую точность поверхности нужно получить. А кстати какую?
AndreyWinter Автор
Вопрос точности (оптических допусков) настолько сложен и обширен, что в западных оптических вакансиях (а следом уже и в российских) Tolerance Analysis часто вписывают отдельным пунктом, так как не все пользователи земакса умеют его делать. Если расчёт оптической схемы - это во многом математический алгоритм, то анализ допусков - больше про инженерный опыт и понимание конкретной оптической системы.
Для маломощного дальномера допуски можно посчитать встроенными инструментами земакса, исходя из того, какая предельная угловая расходимость допустима на выходе расширителя.
Интереснее с оптикой для мощных лазеров (например, промышленные лазеры для резки стальных листов). Если излучатель достаточно мощный , то любая царапина или постороннее включение в стекло начинает поглощать излучение и приводит к тому, что лазер сжигает сам себя (разрушает собственную фокусирующую систему). Потому оптику для мощных лазеров даже изготавливают другим способом - ГШП (глубокая шлифовка и полировка), когда толстые слои стекла с заготовки линзы долго и муторно (неделями!) снимаются полировкой на мелком абразиве, чтобы устранить невидимые приповерхностные микротрещины (трещиноватый слой).
N1X
Помню держал в руках снятую с головы 4кВт машины (раскроечный станок Bystronic на CO2 лазере) ZnSe линзу с отверстием с одной стороны и красивым вулканом с кратером с другой. При работе на нее что-то попало. Действительно удивительно было впервые наблюдать... Такая мощность на маленькой площади это действительно много... Неудивительно что всякие импульсные с модулятором добротности буквально взрывают металл )
AndreyWinter Автор
На производстве слышал про подобный случай. В фокусёр станка лазерной резки каким-то образом попала пыль, осела на поверхность линзы - и та в итоге то ли треснула, то ли поверхность расплавилась (сам не видел, говорю со слов человека, который чинил).