Дифракционная оптика

В отличие от классических оптических элементов, в которых световые лучи отражаются и преломляются, в дифракционных оптических элементах световые лучи изменяют направление за счёт дифракций.

Как отдельное направление прикладной оптики дифракционная оптика оформилась сравнительно недавно. Она опирается на возможности и достижения в таких быстро развивающихся областях современной оптики и технологии, как оптическая голография, вычислительная оптика, литография, лазерная техника, тонкоплёночные покрытия, ионная технология и др.

Вопросы преобразования пучков световых лучей при помощи дифракционных структур (амплитудных и фазовых) рассматривались в ряде работ западноевропейских учёных XVI – XIX вв.: Х.Гюйгенса, Э.Л.Малюса, О.Ж.Френеля, Ш.Соре, Р.Вуда и др., позднее, с 1940-х гг., — в работах советских (Г.Г.Слюсарёв, А.И.Тудоровский, С.М.Райский, А.Л.Дмитриев, В.П.Коронкевич и др.) и зарубежных (Д.Дайсон, К.Миямото и др.) исследователей.

С середины 1960-х гг. на федеральном государственном унитарном предприятии НПО ГИПО ведутся исследования по различным направлениям дифракционной оптики: физические и синтезированные голограммные оптические элементы (СГОЭ), узкополосные голограммные фильтры и селективные зеркала, решёточные поляризаторы, прецизионные автоматизированные голографические методы и средства измерения, специальные вакуумные покрытия (оптические покрытия), оптическая голография, нарезные и голограммные дифракционные решётки.

С 1970-х гг. на Казанском оптико-механическом заводе начат выпуск голографических асферометров АГ-1, АГ-4, ИФК-451, интерференционно-теневых приборов серии ИАБ для газодинамических и баллистических исследований, спектрометров («Сириус», ДФС-452 и др.). В НПО ГИПО были разработаны высокоточные голографические методы неразрушающего контроля геометрических параметров оптических элементов и центрированных оптических систем. С их помощью, в частности, на Казанском механическом заводе «Союз» освоена технология изготовления зеркал из сплавов алюминия и меди методом алмазного точения. Это позволило внедрить в производство уникальные станки для прецизионного изготовления плоских и сферических металлических зеркал диаметром до 500 мм.

Голограммному узкополосному фильтру (Notch-filter) и нарезной дифракционной решётке для мощных перестраиваемых ИК-лазеров Всероссийским Советом предпринимателей присвоен золотой знак качества «Российская марка» (2000 г.). Особую значимость среди различных типов дифракционной оптики имеют СГОЭ, способные выполнять фокусирующие, светоделительные, диспергирующие и корригирующие функции в оптических приборах и устройствах различного назначения. На основе использования СГОЭ, которые также называют компьютерными голограммами, или киноформами, в НПО ГИПО была решена проблема контроля оптического качества всех видов асферических поверхностей. Базой для её решения явились разработанные в ГИПО научные основы расчёта и синтеза круговых и линейных СГОЭ, включающие обобщение теорем Малюса–Дюлина и Леви–Чивита на случай дифрагированных лучей.

Зарождение голографии как научно-технического направления в НПО ГИПО началось с поручения Министерства оборонной промышленности СССР директору ГИПО С.О.Мирумянцу (1966 г.) изучить информацию о голографии и подготовить предложения о возможности её практического использования. Решение задач практического применения голографии осуществлялось К.С.Мустафиным под общим научным руководством основоположника «объёмной» голографии академика РАН Ю.Н.Денисюка, а работы по технологии нарезных дифракционных решёток выполнялись под руководством С.А.Стрежнева и научным руководителем Ф.М.Герасимова (Государственный оптический институт имени С.И.Вавилова, Ленинград).

За совместную работу по голограммным дифракционным решёткам учёные Физико-технического института КНЦ РАН и НПО ГИПО А.В.Лукин, А.С.Макаров, К.С.Мустафин, С.А.Саттаров, В.А.Селезнёв, Ю.П.Стрельников, И.А.Файзрахманов, И.Б.Хайбуллин были удостоены Государственной премии РТ в области науки и техники (1998 г.). Значительный вклад в развитие различных направлений дифракционной оптики внесли: А.Р.Агачев, Н.М.Балясников, А.Ф.Белозёров, Г.Н.Буйнов, М.П.Кит, В.В.Куинджи, Н.П.Кутикова, Н.П.Ларионов, Я.К.Лукашевич, Т.А.Лукина, Л.Т.Мустафина, Н.К.Павлычева, В.И.Протасевич, Р.А.Рафиков, Т.Б.Сидорова, В.Т.Черных, Н.М.Шигапова, Е.И.Штырков, а также директора НПО ГИПО: С.О.Мирумянц, Ю.М.Беляков, А.С.Макаров, В.П.Иванов.

Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М., 1970;

Кольер Р., Брекхарт К., Лин Л. Оптическая голография. М., 1973;

Лукин А.В., Мустафин К.С. Голографические методы контроля асферических поверхностей // Оптический журн. 1979. № 4;

Синтезированная голограммная оптика // Оптический журнал. 2002. Т. 69, № 12;

Физика: Большой энцикл. словарь. М., 1999;

Subject of New Title from SPIE Press // OE magazine. 2003. November.

Автор – А.В.Лукин