بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله طراحی و ساخت یک لنزومتر مارهای ارائه میشود. این وسیله علاوه بر اندازهگیری فاصلهی کانونی عدسیهای مورد استفاده برای عینکسازی، قادر است تا محورهای عدسیهای غیر کروی همانند استوانهای و استوانهای- کروی را تعیین کند. این دستگاه بر اساس انحرافسنجی مارهی موازی کار میکند. در این دستگاه باریکهی موازی لیزر پس از عبور از عدسی مورد آزمون، وارد انحرافسنج مارهای دوکاناله میشود. قبل از قرار دادن عدسی مورد آزمون در مسیر نور، در هر دو کانال، نقشهای ماره با گام بیکران تشکیل میشود.
با قرار دادن عدسی در مسیر نور، گام فریزهای ماره کاهش مییابد. با چرخاندن عدسی آزمون حول محور نوریِآرایشِ آزمایش و کمینه کردن گام فریزهای ماره در یکی از نقشهای ماره ایجاد شده، محور عدسیهای غیر کروی همانند استوانهای تعیین می-شود. همچنین با اندازهگیری گام فریزهای ماره در هر دو کانال، نوع عدسی و توان آن تعیین میشود.
-1 مقدمه
مهمترین کمیت قابل اندازهگیری در یک سیستم اپتیکی - مانند یک عدسی - فاصلهی کانونی آن است. طراحان و سازندگان ابزارهای اپتیکی برای ساخت ابزارهای با کیفیت به مقدار دقیق این کمیت نیاز دارند. روشهای گوناگونی برای اندازهگیری این کمیت وجود دارد که معمولاً به دو دسته روشهای کلاسیک و جدید طبقهبندی میشوند. در روشهای کلاسیک از نور غیر همدوس استفاده میشود و اکثر این روشها ارزان قیمت هستند.
در روشهای جدید اندازهگیری فاصلهی کانونی از نور همدوس لیزر استفاده میشود و این روشها بر پایهی اصول تداخلسنجی، پراشسنجی و پدیدههایی نظیر اثر تالبوت و تکنیک ماره استوارند.[1] از جمله وسایلی که برای اندازهگیری این کمیت در عینکسازی مورد استفاده قرار میگیرند گوی-سنج با نام تجاری اسفرومتر و عدسیسنج با نام تجاری لنزومتر را میتوان نام برد. این دو وسیله در دستهیِ روشهایِ کلاسیک اندازهگیری فاصلهی کانونی قرار می-گیرند.
در این مقاله از روش انحرافسنجی مارهی موازی برای اندازهگیری فاصلهی کانونی عدسیها استفاده کردهایم. روش انحرافسنجی ماره روشی شناخته شده برای اندازه-گیری انحراف نور حین عبور از جسم فازی است. رسولی و همکارانش از روش مارهی موازی برای اندازهگیری ضریب شکست غیرخطی مواد[2]، تعیین فاصله کانونی ریز عدسیها[3] و مطالعه تلاطم جوی استفاده کردهاند.[4]
-2 مبانی نظری
هرگاه دو ورقه با ضریب عبور تناوبی یا شبه تناوبی با دورهی تناوب مساوی یا نزدیک هم روی یکدیگر قرار بگیرند ساختار تناوبی جدیدی مشاهده خواهد شد که درورهی تناوب آن بزرگتر از دورهی تناوب ساختارهای اولیه است که نقش یا فریزهای ماره خوانده میشوند. اگر خطوط دو ساختار کاملاً موازی با یکدیگر باشد اما توریها اختلاف گام اندکی با هم داشته باشند مطابق شکل 1 فریزهای مارهی موازی ایجاد میشود. که در این رابطه d m گام فریزهای ماره، d گام توریها و d اختلاف گام دو توری نسبت به یکدیگر است.
روی-همنهی ساختارها یا به صورت تماس مستقیم آنها و یا به صورت تماس مجازی آنها صورت میگیرد . از جمله نقشهای مارهیِ تماسِ مجازی به اثر تالبوت میتوان اشاره کرد. اگر موجی تکفام و همدوس بر یک توری فرود بیاید در فاصلههای معینی از توری، موسوم به فاصلههای تالبوت، توزیع شدت با توزیع شدت بلافاصله بعد از توری در تقریب پراش فرنل برابر میشود. به این پدیدیه اثر تالبوت یا خودتصویرسازی میگویند.
فاصلهی تالبوت k ام برابر است با:[5] که طول موج، d گام توری و k شماره فاصلهی تالبوت را نشان میدهد. اگر در فاصلهی تالبوت یک توری، توری مشابهی قرار گیرد، به صورتی که خطوط دو توری کاملاً به موازات یکدیگر باشند و نور تخت بر این مجموعه فرود آید فریزهای ماره با گام بینهایت ایجاد میشود. در صورتی که بر این مجموعه نور همگرا یا واگرا فرود بیاید، خودتصویر توری اول در فاصلهی تالبوت تغییر گام می-دهد.
در این مقاله مطابق شکل 3 باریکهی لیزر هلیوم- نئون با طول موج 632.8 nm با عبور از پالایهی فضایی پهن و توسط یک عدسی موازی میشود. باریکهی موازی لیزر بر یک باریکهشکن فرود میآید و به دو باریکه تقسیم می-شود. یکی از باریکهها به طور مستقیم وارد یکی از انحرافسنجها میشود و دیگری بعد از انعکاس از یک آینه به موازات باریکهی اول وارد انحرافسنج دیگر میشود. در هر دو انحرافسنج دو توری رانکی مشابه با گام 0.1 mm به گونهای قرار دارند که خطوطشان کاملاً به موازات یکدیگر است و توری دوم هر انحرافسنج در فاصلهی تالبوت توری اول یعنی 31.6 mm قرار دارد.
-3 کارهای تجربی
همانطور که گفته شد باریکهی لیزر پهن و سپس موازی میشود. باریکهی موازی لیزر وارد انحرافسنج ماهای دو - کاناله میشود. با فرود باریکه موازی - جبههی موج تخت - به علت توازی خطوط توریها و تساوی گام آنها، در هر دو کانال فریزهای مارهی بینهایت مانند شکل 4 تشکیل میشود. در ادامه عدسی آزمون را قبل از انحرافسنج مارهای دوکاناله قرار میدهیم. عدسیهایی که مورد آزمایش قرار گرفتند عدسیهای واگرایِ استوانهای-تخت و عدسیهای واگرایِ استوانهای-کروی هستند.
چنانچه عدسی مورد آزمون از نوع واگرا باشد اندازه لکه نقش ماره نسبت به حالت نبود آن بزرگتر میشود، اما در مورد عدسیهای همگرا اندازه لکه نقش ماره کوچکتر می-شود. در این حالت باریکهی موازی لیزر پس از عبور از عدسی واگرا میشود، در نتیجه خودتصویر توری اول در مکان توری دوم، تغییر گام و تغییر زاویه میدهد. شکل : 3 تصویری از لنزومتر مارهای که در آن S.F. و B.S. به ترتیب نماینده پالایهی فضایی و باریکهشکن هستند و D ، L1 ، h ، L2 ، M ، G و PL به ترتیب نمایندهی فیلتر شدت، عدسی موازی کننده باریکه لیزر، دهانهی دایرهای، عدسی آزمون، آینه، توریها و عدسی تصویرساز هستند.
با چرخاندن عدسی آزمون که در نگهدارندهی دوار قرار دارد تغییر زاویهی خودتصویر توری اول را برطرف می-کنیم در این حالت خودتصویر در مکان توری دوم تنها تغییر گام داده است در نتیجه از برهمنهی خودتصویر توری اول با توری دوم فریزهای مارهی موازی ایجاد می-شود. با توجه به گام فریزهای ماره ایجاد شده در کانالها میتوان نوع عدسی را تعیین کرد. اگر گام فریزهای مارهی ایجاد شده در هر دو کانال برابر باشد عدسی کروی است اگر گام فریزهای ماره در یک کانال بیکران و در کانال دیگر قابل اندازهگیری باشد، عدسی آزمون استوانهای-تخت و در صورتی که گام فریزها در دو کانال برابر نباشد، عدسی استوانهای- کروی خواهد بود.
