قسم الفيزياء يناقش رسالة ماجستير تستخدم برنامج زيماكس في تصميم نظام بصري مكيف

ناقش قسم الفيزياء في كلية التربية للعلوم الصرفة (ابن الهيثم) رسالة الماجستير الموسومة (تصميم وتقييم نظام بصري مكيف باستخدام برنامج زيماكس) للطالبة (أريج عبد الزهرة عصمان) التي انجزتها باشراف التدريسي في القسم (أ.م.د. علاء بدر حسن) .

ونوقشت الرسالة على قاعة المرحوم (أ. سالم عبد الحميد) من قبل الذوات المدرجة اسمائهم في ما يأتي:

أ.م.د. فاتن شكور زين العابدين           رئيسا

أ.م.د. ابتسام محمد تقي                        عضوا

م. د. عقيل رزاق صالح                   عضوا

أ.م.د. علاء بدر حسن                      عضوا ومشرفا

ويهدف البحث الى :

1. تصميم ومحاكات نظام بصري مكيف تلسكوب عاكس ارضي ذو شكل قطع مكافئ يتكون من (19) مرآة صغيرة سداسية الشكل متحركة على ثلاثة محاور.

2. محاكات جبهة موجة مضطربة داخلة الى النظام عن طريق استخدام سطح وهمي يشوه شكل الموجة .

3. استخدام برنامج ZEMAX لتغيير معلمات النظام البصري (البعد البؤري – نصف قطر التكور)للتغلب على مشكلة تشوه جبهة الموجة للحصول على صورة ذات جودة عالية .

4. مقارنة الصورة المتكونة مع النظام البصري مع النظام التقليدي (غير المكيف )عن طريق مجموعة وسائل وتقييم للصورة يوفرها برنامج ZEMAX.

وتم في هذه الدراسة تم تصميم نظام بصري مكيف يتضمن مقراب فلكي عاكس ( باستخدام برنامج زيماكس للتصاميم البصري) يتألف من مجموعة مرايا سداسية الشكل مصفوفة مع بعضها لتكوين مرآة مقعرة كبيرة ذات شكل قطع مكافئ . المرايا لها حرية حركة محورية وقطرية تعمل على تغيير معلمات النظام البصري ليتكيف مع كل التشوهات الحاصلة في جبهة الموجة للضوء القادم من المصدر نتيجة التاثيرات الجوية مثل الغيوم والغبار والمطر وتغير معامل انكسار الغلاف الجوي نتيجة تغير درجة الجرارة . ليعطي صورة خالية من الزيغ تقريبا بالرغم من وجود التأثيرات الجوية .

تم تصميم (19) مرآة ذات شكل سداسي لتجنب وجود الفراغات البينية بين القطع وكذلك يوفر الشكل السداسي حرية حركة قطرية بثلاثة محاور . ليكون نصف قطر التكور للمقراب (-4000 mm) والبعد البؤري له (2000 mm) المقراب  ذو ابعاد (1500 mm x 1200 mm x1350 mm)

تم استخدام برنامج زيماكس  للتصميم البصري لتصميم هذا النموذج . استخدمت معلمات البرنامج المناسبة ووضع سطح افتراضي يشوه الموجة الداخلة لمعرفة مدى تأثير المؤثرات الخارجية على اضطراب الموجة الداخلة للنظام . تم تقييم وتحليل الصورة من خلال أدوات التحليل الموجودة في البرنامج من خلال معرفة شكل التصميم ثلاثي الابعاد.كذلك استخدم منحني زيغ الاشعة وفرق المسار البصري ومخطط انتشار الاشعة ودالة الانتشار النقطية ودالة الانتقال البصرية والطاقة المتجمعة .   

تم استخدام مقارنة بين نظام بصري مكيف ونظام بصري تقليدي في تقييم جودة الصورة ، لتبيان الاختلاف الحاصل في الصورة في النظامين في حالة وجود جبهة موجة مشوهة . بينت النتائج افضلية النظام البصري المكيف لانتاج صورة جيدة خالية من الزيغ نتيجة استخدام تقنية التكيف .

تم استخدام زاوية سقوط الاشعة الضوئية على النظام البصري بقيم مختلفة (0o – 20o) لكونها من العوامل المهمة التي تؤثر على جودة الصورة للانظمة البصرية . بينت النتائج تأثر واضح في جودة الصورة مع زيادة زاوية السقوط للنظامين البصريين المكيف والتقليدي ، لكن مع تأثراقل بالنسبة للنظام المكيف .

وتوصلت الطالبة الى الاستنتاجات التالية :

1. للحصول على نظام بصري مكيف (مقراب عاكس) لازالة الزيغ الحاصل من تشوه جبهة الموجة نتيجة التأثيرات الجوية . اذ يصمم المقراب بتركيب مجموعة مرايا صغيرة سداسية الشكل (19 قطعة) متراصة مع بعضها حرة الحركة بشكل محوري ومركزي لتكوين مقراب عاكس سداسي الشكل .

2. يمكن التخلص من الزيغ الكروي عن طريق استخدام نظام بصري يتكون من مرآة عاكسة بشكل قطع مكافئ وبذلك يكون منحني زيغ الاشعة للنظام المكيف خالياً من الزيغ الكروي الذي يسبب تشوه جبهة الموجة الداخلة للنظام .

3. يكون تكور جبهة الموجة منتظم وفرق المسار البصري بين الاشعة على كل المحل الهندسي للسطح العاكس من الاشعة شب المحورية والهامشية منعدم اي لا يوجد في المسار البصري بين الموجة الداخلة للنظام المكيف فيكون نظاماً مثالياً .

4. تكون الصورة ذات جودة عالية عند) 8=MTF ( لقيمة التردد المكاني (100 cycle /mm) للنظام المكيف .

5. يعطي النظام البصري المكيف صورة عالية الجودة من خلال منحني دالة الانتشار النقطية للنظام المكيف .

6. الطاقة المتجمعة للنظام البصري المكيف تتجمع بمساحة صغيرة جدا من سطح الصورة بالمقارنة مع النظام التقليدي .

7. من خلال تغيير عدة قيم لزوايا سقوط الاشعة (0o-20o) . فان الزاوية التي تحقق للنظام البصري افضل صورة (دقة عالية وتباين عالي) وبمساحة طاقة اقل عند الزاوية  ( 0o) حيث ينعدم الزيغ غير المتناظر وتقل الاشعة المحورية والهامشية ويعطي صورة ثلاثية الابعاد واضحة المعالم  .

8. كلما زادت قيمة زاوية السقوط قلت جودة الصورة بسبب ظهور الزيغ غير المتناظر وابتعاد الجسم عن المحور البصري .

9. بصورة عامة .ان النظام البصري المكيف له الافضلية على النظام البصري التقليدي من حيث تكوين صورة جيدة ، بسبب تغيير معلماته البصرية بما يتلائم مع تغير جبهة الموجة نتيجة التاثيرات الجوية .

---

Deigning and Evaluating of Adaptive Optical System by Using ZEMAX  Program

By Areej  AbdulZahra Osman

Supervised by Asst.prof.Ala’a Badir Hassan

Abstract

In this work , adaptive optical system has been designed of reflective astronomical telescope (by using Zemax program for optical design) that including of hexagonal segmented mirrors to be a large parabolic concave mirror . the mirrors have free axial and radial movement for changing the optical system parameters , to adapt with all deformations in wave front of light coming from source caused by atmospheric effects such as clouds , dust , rain  and changing of refractive index by varying the temperature . the given image is almost aberration free despite of atmospheric effects  

19 hexagonal segmented mirrors have been designed to avoid gaps among segments and to achieve free radial movement in three axis . the radius of telescope (-4000 mm) and focal length (2000 mm) and dimensions of (1500 mm x 1200 mm x 1350 mm) 

Zemax program for optical design has been used to design this sample . by using appropriate parameters and fixing virtual surface deforms the wave that inter the system . the image has been evaluated and analyzed by analyzing tools that available in Zemax , through three dimensions sample layout , ray fan aberration , optical path difference , spot diagram , point spread function and encircled energy     

By using comparing between adaptive and traditional optical system to evaluates image quality , to illustrates image difference in two systems when using deformed wave front . the results show priority of adaptive optical system to form high quality image (aberration free) by using adaptation technique 

Variable incidence angle has been used in optical system (0o – 20o) because this is important factors that affect of image quality of optical system . the results show clear effecting in image quality with increasing of incidence angle for both systems , but less effecting in adaptive optical system