Fresnel-linse

Den fresnellinse , eller trin linse, er en type linse opfundet af Augustin Fresnel i 1822 at erstatte spejlene anvendes i belysningen af marine signalsystemer fyrtårne som absorberes op til 50% af lysstrømmen . Det er en plan-konveks linse skåret ud af koncentriske ringformede sektioner, der er optimeret til at lette elementet.

Dens design gør det muligt at opnå en kort brændvidde med en stor diameter uden den vægt og masse, der kræves af en standardlinse.

Historisk

Indtil XVIII th  århundrede og XIX th  århundrede fyrtårne har stået over for store hindringer i form af deres lysstyrke anordning beregnet til at informere og vejlede bådene væk. Belysningssystemet bestod først af træbrande på perroner, derefter af en simpel stearinflamme føjet til et spejl, der brændte i nogle få hundrede grader og kun belyste meget svagt i forhold til elektriske lamper, halogener eller lysbuer. Ud over en middelmådig intensitet er en flamme ikke en retskilde, lyset blev derefter spredt, hvilket yderligere reducerede lysstyrken, der kan nå en båd i det fjerne.

Flere metoder blev brugt: at forstørre vægen, at tilføje flere flammer til det oprindelige lys. Disse løsninger forbedrede ikke fyrtårns rækkevidde, mens de forbedrede kildens intensitet. Derudover gjorde den lave reflektionsevne af de anvendte metalspejle (ca. 50%) og den store tykkelse af linserne, der var nødvendige for at koncentrere strålen, det ikke muligt at opretholde en korrekt lysstrøm.

De anvendte linser skulle være meget store for at samle et maksimalt flux, meget tykt derfor og meget tæt på kilden. Systemet var derefter især udsat for afvigelser, og bjælken var stærkt divergeret.

I August 1819, Augustin Fresnel, dengang medlem af fyrtårnkommissionen , en statsinstitution med ansvar for forvaltning og forbedring af franske fyrtårne, forelagde for første gang en undersøgelse af et dioptrisk system til fyrbelysning. Dette forslag blev derefter omarbejdet og bragt til Kommissionens tabel flere gange. Systemet, inspireret af de store linser, der bruges i fyrtårnet Portland Bill  (in) , foreslås igen31. oktober 1820, sammensat af otte firkantede linser samlet i flere stykker, hele limet på spejle med venetiansk terpentin eller samlet ved limning af kanterne med fiskelim og derefter dannelse af et roterende ottekantet prisme.

Princippet om en linse i flere ringformede dele var allerede blevet foreslået af Georges-Louis Leclerc de Buffon i 1748 for sin trinforstørrelsesglas, men i en anden sammenhæng, mens han også søgte at forme linser med meget stor diameter; hans henrettelse blev først udført tredive år senere af Abbé Rochon .

Fresnels overvejelser og planer blev godkendt af Kommissionen, som gav sin godkendelse til realiseringen af ​​systemet. Optikeren M.  Soleil og en maskiningeniør ved navn Wagner blev ansat til at bygge systemet, mens Fresnel og François Arago tog ansvaret for at oprette en passende lyskilde. det19. juni 1822Fresnel introducerede første linse, 76  cm side og 92  cm af brændvidde og systemet blev testet28. augustpå Arc de triomphe de l'Étoile i Paris med succes. Den ydeevne, der blev bekræftet af systemet, var tre gange større end tidligere retro-reflekterende systemer. Fyrene blev hurtigt udstyret i 1823, året for installationen af ​​Soleil, Wagner, Arago og Fresnel-systemet på Cordouan fyr . Fyret blev taget i brug efter installationen den20. juli.

Eugène Péclet beskriver systemet som følger:

”Forlygterne bygget af Fresnel består af otte store firkantede linseformede briller, der ved deres forening danner et ottekantet prisme, hvis centrum falder sammen med linsernes fælles fokus; på dette tidspunkt placeres det enkelt lys, der lyser fyret op; den produceres af en lampedyse med tre koncentriske væger, hvori et overskud af olie konstant injiceres af en pumpe [...] "

-  Eugène Péclet , 1838

Lamperne befinder sig ved brændpunktet for linserne, strålerne fra forlygten forblev parallelle. Desuden gjorde de reflekterende ringe, der blev tilføjet omkring linserne, det muligt at bringe endnu mere strøm mod fjernlys takket være den samlede refleksion, der finder sted indeni . Rækkevidden af ​​de således udstyrede forlygter blev målt til 16.000  lyster , eller cirka 31,2  km , de var synlige selv om dagen med teleskopet fra 17  ligaer til det blotte øje om natten. Cordouan-fyret gjorde det muligt at tænde op til 11 nautiske ligaer, mens spejlfyrtårne ​​hidtil kun kunne lyse op til tre ligaer.

Fyrtårne ​​rundt om i verden blev også hurtigt udstyret som et resultat af denne opfindelse, især i følgende rækkefølge:

Beskrivelse

For at reducere linsernes vægt og samtidig opretholde en god kvalitet af lysstrålen forestillede Fresnel sig at bruge skårne dele af kugler snarere end en komplet halvkugle.

Sammenlignet med en simpel linse reducerer Fresnel-linsen mængden af ​​glas, der skal bruges, ved at skære den i et sæt koncentriske ringe med prismatisk sektion kendt som Fresnel-zoner . For hver af disse zoner reduceres tykkelsen, hvilket betyder, at objektivets samlede overflade ikke længere er glat, men består af flere overflader med samme krumning adskilt af diskontinuiteter.

Det er som at få ringe skåret ud af forskellige linser. Selvfølgelig har denne reduktion i tykkelse og derfor i vægt en pris: den af ​​optisk kvalitet, hvor ringene er synlige.

Ansøgninger

Fresnel-linser bruges i:

Der er også Fresnel- prismer baseret på det samme princip og altid med det formål at reducere den krævede glasvægt.

På grund af deres basrelief-form kan Fresnel-linser inkorporeres i genstande, hvor en linse aldrig kunne af geometriske årsager, for eksempel i en tynd plastfilm. Fresnel-linser kan faktisk fremstilles ved støbning af plastmaterialer, hvilket muliggør deres produktion i stor skala i billige objekter, for eksempel til forstørrelsesglas . På mikroskopiske skalaer egner Fresnel-linse sig lige så godt til litografiprocesser, hvad enten det er mekanisk (nanoimprint), optisk eller elektronisk teknik, der tillader dannelse af tredimensionelle mønstre i et tyndt lag lysfølsom harpiks.

Noter og referencer

  1. Fysikordbog på Google Bøger
  2. To hundrede og halvtreds svar på spørgsmålene fra den nysgerrige sømand på Google Books
  3. Komplet værker af Augustin Fresnel: Fyrtårne ​​og belysningsenheder på Google Books
  4. Sølys på Google Bøger
  5. Elementær afhandling om fysik, bind 2 på Google Books
  6. Enhedsaktører - Augustin Fresnel , dokument fra University of Technology i Compiègne .
  7. "  HTC Vive Teardown - iFixit  " , på fr.ifixit.com (adgang 28. februar 2017 )

Se også

Bibliografi

Relaterede artikler

eksterne links