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GUIDE DE SÉLECTION DOCUMENTATION TECHNIQUE 452 Optique Guide de sélection des lentilles La sélection d’une lentille adaptée à votre application demande de faire un certain nombre de choix. Quelques-uns des nombreux éléments à prendre en considération sont la forme de la lentille, le rapport de conjugaison, le rapport d’ouverture, la transmission, la déformation du front d’onde, la diffusion, le traitement antireflet et le prix. Les tableaux suivants devraient vous aider à comparer les lentilles proposées par Newport. Forme des lentilles Il est important de choisir le bon type de lentille pour minimiser les aberrations. Généralement, lorsque l’objet ou l’image est à l’infini, c’est-àdire que la lumière est parallèle d’un côté ou de l’autre de la lentille, le choix se porte sur une lentille plan-convexe ou plan-concave ou un achromat. Lorsque les distances sont finies et le rapport de conjugaison proche de 1:1, une lentille biconvexe ou biconcave est préférable. Et parfois, pour ce rapport de conjugaison proche de 1:1, deux lentilles travaillant à l’infini placées dos à dos donnent des résultats encore meilleurs. Lentille biconvexe symmétrique f/2 LENTILLES CYLINDRIQUES & SPÉCIALES LENTILLES SPHÉRIQUES f/10 f/5 f/10 f/2 f/5 Achromats identiques Plan d'image paraxial f/10 f/2 f/5 Plan d'image paraxial Lentilles convergentes Rapport de conjugaison (objet/image) Plan-convexe Ø Biconvexe ∆ Achromat ◊ Cylindrique plan-convexe Infini 10:1 Ø ∆ ◊ Ø 5:1 Ø paire Ø ◊ paire ∆ 1:1 Ø paire Ø ◊ paire ∆ Ø ∆ Acceptable Ø Bon ◊ Excellent Lentilles divergentes Rapport de conjugaison (objet/image) Plan-concave ◊ Biconcave ∆ 10:1 ◊ ∆ ◊ 5:1 ∆ ◊ ∆ 1:1 ∆ ◊ ∆ Infini Cylindrique plan-concave ◊ ∆ Acceptable Ø Bon ◊ Excellent Il faut accorder de l’importance au rapport d’ouverture d’une lentille qui focalise un faisceau parallèle. Au-delà de f/10, la forme de la lentille n’a pas beaucoup d’influence sur la taille de spot. Mais à f/2, c’est avec un achromat que le spot focal est le plus petit, et les lentilles d’une autre forme ne sont pas limitée par la diffraction. Lentille plan convexe SYSTÈMES OPTIQUES KITS OPTIQUES Lentilles plan convexes identiques Plan d'image paraxial f/2 f/5 Achromat Plan d'image paraxial f/10 Plan d'image paraxial f/2 f/5 f/10 Lentilles convergentes MIROIRS f/D Plan-convexe ◊ Biconvexe ◊ Achromat ◊ Cylindrique plan-convexe ◊ f/5 Ø ∆ ◊ Ø f/2 ∆ ∆ ◊ ∆ PRISMES f/10 Téléphone : +33 (0)1.60.91.68.68 • Télécopie : +33 (0)1.60.91.68.69 ∆ Acceptable Ø Bon ◊ Excellent Optique 453 LENTILLES CYLINDRIQUES & SPÉCIALES Un achromat est constitué d'une lentille convergente en verre Crown d'indice faible et d'une lentille en verre Flint d'indice élevé. Ces deux éléments sont choisis de manière à annuler les aberrations chromatiques pour deux longueurs d'ondes bien distinctes, habituellement dans le bleu et le rouge du spectre visible. La distance focale est constante à ces deux longueurs d’onde, et les variations de distance focale sont pratiquement éliminées pour toutes les longueurs d’onde visibles. Tous nos achromats sont traités avec un antireflet monocouche large bande MgF2 ou avec notre traitement multicouche AR.14 pour une meilleure transmission large bande du visible. Ces lentilles sont conçues par ordinateur pour réellement minimiser les aberrations sphérique et la coma lorsque le rapport de conjugaison est infini. L’absence d’aberration sphérique et de coma signifie que les achromats sont meilleurs que les lentilles simples pour les applications monochromatiques à n’importe quelle longueur d’onde visible. Par conséquent les résultats loin de l’axe sont bien meilleurs que ceux des lentilles simples, la distance focale est constante et indépendante de l’ouverture. LENTILLES SPHÉRIQUES Les lentilles plan-concaves et biconcaves dévient les rayons incidents parallèles et les font diverger à la sortie de la lentille. Elles présentent donc une distance focale négative. Les rayons lumineux ne se croisent pas pour former une image, ils semblent diverger à partir d’une image virtuelle située du côté objet de la lentille. Lorsque la valeur absolue du rapport de conjugaison est supérieure à 5 ou inférieure à 1:5, les lentilles plan-concaves présentent pratiquement la forme optimale pour réduire l’aberration sphérique, la coma et la distorsion. Comme pour les lentilles plan-convexes, il faut placer la surface incurvée du côté de la distance infinie ou de la distance la plus grande (sauf dans le cas des lasers haute énergie, où il est préférable d’inverser la lentille pour éviter l’apparition d’un foyer virtuel). Lorsque le rapport de conjugaison est proche de 1:1 en valeur absolue, les lentilles biconcaves sont habituellement plus adaptées. GUIDE DE SÉLECTION Les lentilles biconvexes ont une fonction similaire aux lentilles plan-convexes puisqu’elles ont une distance focale positive et qu’elles focalisent les rayons lumineux parallèles en un point. Leurs deux surfaces sont sphériques et ont le même rayon de courbure, ce qui minimise les aberrations sphériques dans les situations où l’objet et l’image sont à égale distance (ou presque) de la lentille. Lorsque la distance objet et la distance image sont égales (le grandissement est égal à 1), non seulement l’aberration sphérique est minimale, mais la coma et la distorsion sont toutes deux supprimées. Suivant une règle approximative, les lentilles biconvexes présentent le moins d’aberration pour des rapports de conjugaison entre 5 et 1/5. En dehors de cette plage de grandissements, les lentilles plan-convexes sont habituellement plus adaptées. DOCUMENTATION TECHNIQUE Les lentilles plan-convexes sont surtout utilisées pour focaliser les rayons lumineux parallèles en un point, ou en une ligne dans le cas des lentilles cylindriques. L’asymétrie de ces lentilles minimise les aberrations sphériques dans les situations où l’objet et l’image ne sont pas à la même distance de la lentille. Le cas le plus favorable est celui où l’objet est à l’infini (les rayons incidents sont parallèles) et l’image est le point focal. Ce rapport de conjugaison (distance objet/distance image) infini est optimal, mais les lentilles plan-convexes minimisent aussi les aberrations sphériques lorsqu’il est fini, s’il reste supérieur à environ 5. Pour obtenir les meilleurs résultats, il faut placer la surface incurvée du côté de la distance infinie ou de la distance la plus grande. Matériaux Domaine de transmission Prix Caractéristiques BK7 380 à 2100 nm Bas Grande transmission pour les applications allant du visible à l’infrarouge proche; verre optique le plus courant Silice UV 185 à 2100 nm Modéré Excellente homogénéité et faible coefficient de dilatation, résistance élevée au dommage laser CaF2 170 à 8000 nm Élevé Grande transmission pour les applications allant de l’UV lointain à l’infrarouge MgF2 150 à 6500 nm Élevé Matériau biréfringent qui donne d’excellents résultats de l’UV lointain à l’infrarouge Note : Newport peut fournir des optiques en CaF2 et MgF2 pour des applications clients sur mesures, uniquement. SYSTÈMES OPTIQUES Matériau KITS OPTIQUES Pour les applications dans le visible et l’infrarouge jusqu’à 2,1 µm environ, le BK7 offre un excellent rapport qualité/prix. Pour l’ultraviolet à partir de 195 nm, la silice UV est un bon choix. La transmission de la silice UV est également très bonne dans le visible et l’infrarouge jusqu’à 2,1 µm environ, et elle présente une meilleure homogénéité et un coefficient de dilatation plus faible que le BK7. Enfin, le CaF2 et le MgF2 sont d’excellents choix pour les applications en UV profond et en infrarouge. MIROIRS PRISMES e - m a i l : f r a n c e @ n e w p o r t - f r. c o m • w e b : w w w. n e w p o r t . c o m LENTILLES SPHÉRIQUES GUIDE DE SÉLECTION DOCUMENTATION TECHNIQUE 454 Surfaces optiques C’est l’application qui dicte les spécifications en termes de précision et de qualité de surface. Lorsqu’il est important de conserver le front d’onde, il faut choisir une précision de λ/4 à λ/8 ; lorsque le front d’onde est moins important que le prix, on peut utiliser une précision de λ/2. En ce qui concerne la qualité de surface, plus le défaut d’aspect est faible, moins il y aura de diffusion. Pour les applications laser et d’imagerie à exigences élevées, les défauts d’aspect allant de 20–10 à 40–20 sont préférables. Pour celles où une faible diffusion est moins importante que le prix, on peut accepter un défaut d’aspect de 60–40. Précision de surface Planéité Prix Applications λ/2 Bas A utiliser lorsque la déformation du front d’onde est moins importante que le prix λ/4 Modéré Excellent pour la plupart des applications laser et d’imagerie générales demandant un compromis entre la qualité du front d’onde et le prix λ/8 Élevé Pour les applications laser et d’imagerie demandant une faible déformation du front d’onde, en particulier dans les systèmes à plusieurs éléments Qualité de surface (1) LENTILLES CYLINDRIQUES & SPÉCIALES Optique Défaut d’aspect (1) Prix Applications 60–40 Bas Pour les applications laser et d’imagerie de faible puissance lorsque la diffusion est moins importante que le prix 40–20 Modéré Excellent pour les applications laser et d’imagerie à faisceaux focalisés pouvant tolérer une petite diffusion 20–10 Élevé Pour les applications laser et d’imagerie à exigences élevées où il est important de minimiser la diffusion de la lumière Sauf indication particulière, Newport indique les défauts de rayures et piqûres, par face. Traitements antireflet Nous proposons une gamme étendue de traitements antireflet couvrant les domaines de l’ultraviolet, du visible, de l’infrarouge proche et de l’infrarouge. Les traitements multicouches large bande procurent d’excellent résultats sur un large domaine de longueurs d’onde. Le MgF2 monocouche large bande, qui est le traitement déposé en standard sur tous les achromats et en option sur nos lentilles VALUMAX®, procure de très bons résultats sur un domaine de longueurs d’onde extrêmement large pour un prix raisonnable. Enfin, les traitements multicouches type V pour raie laser présentent la réflexion la plus faible pour une transmission maximale. SYSTÈMES OPTIQUES KITS OPTIQUES Traitement Domaine de longueurs d'onde (nm) Réflectance Prix Caractéristiques AR.10: multicouche UV 245 à 440 Rmoyen <0,5 % Modéré Disponible uniquement sur les lentilles en silice UV MgF2 : monocouche pour le visible 400 à 700 Rmoyen <1,5 % Bas Disponible uniquement sur les achromats et les lentilles VALUMAX® Meilleur choix pour les applications large bande dans le visible Large bande AR.14: multicouche pour le visible 430 à 700 Rmoyen <0,5 % Modéré AR.16: multicouche pour l'IR proche 650 à 1000 Rmoyen <0,5 % Modéré Excellent pour les applications avec diode laser en IR proche AR.18: multicouche pour l'IR 1000 à 1550 Rmoyen <0,5 % Modéré Idéal pour les applications de télécommunication avec diode laser 488 à 514,5 Rmaxi <0,25 % Élevé La meilleure transmission pour cette longueur d’onde AR.27: multicouche type V 532 Rmaxi <0,25 % Élevé La meilleure transmission pour cette longueur d’onde AR.28: multicouche type V 632,8 Rmaxi <0,25 % Élevé La meilleure transmission pour cette longueur d’onde AR.29: multicouche type V 694 Rmaxi <0,25 % Élevé La meilleure transmission pour cette longueur d’onde AR.33: multicouche type V 1064 Rmaxi <0,25 % Modéré La meilleure transmission pour cette longueur d’onde Raie laser AR.25: multicouche type V MgF2 Réflectivité (%) MIROIRS Typique 3,0 2,0 0° 1,0 450 500 550 600 Longueur d'onde (nm) 650 700 PRISMES 0 400 Téléphone : +33 (0)1.60.91.68.68 • Télécopie : +33 (0)1.60.91.68.69
