КОМПАКТНЫЙ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ ФИЛЬТР Российский патент 2001 года по МПК G02B5/30 

Изобретение относится к поляризационным фильтрам на основе "стопы" и может использоваться для выделения одной из поляризационных составляющих излучения, изобретение может также использоваться в поляризационной микроскопии, в антиослепительных системах, например, для обеспечения безопасности движения транспортных средств, в локации.

Известны устройства для фильтрации поляризационной составляющей излучения на основе поляризующих пленок [1], "стопы" оптически прозрачных пластин или чередующихся слоев пленок с различными показателями преломления [2,3,4], поляризаторы с разделителями ортогональных поляризационных составляющих излучения с пилообразным профилем, плоскости которых покрыты оптически прозрачными пленками с различными показателями преломления [5], поляризационные фильтры, использующие для уменьшения отражений от поверхности фильтра падающего излучения, просветляющее покрытие [6,8] и фильтр с электрически управляемой характеристикой [9].

Преимуществом поляризующих пленок является малая толщина, недостатками - большие потери и неравномерность спектральной характеристики [1].

Преимуществом поляризаторов с разделителями ортогональных поляризационных составляющих излучения с пилообразным профилем является плоскостность конструкции фильтра, недостаток - невозможность подавления отраженной составляющей излучения [5].

Преимущества поляризатора на основе "стопы" - малые потери, равномерная спектральная характеристика, недостаток - большие габариты [2,3,4].

Наиболее близким по технической сущности и выбранным в качестве прототипа является "Световозвращающая система, использующая отражательные поляризаторы", содержащая поляризаторы с разделителями ортогональных поляризационных составляющих излучения с пилообразным профилем [5].

Недостатки прототипа:
1. При использовании фильтра на просвет - невозможность подавления отраженной составляющей излучения, которая неприемлема в антиослепительных системах.

2. При использовании точечного приемника излучения - низкая эффективность фильтрации на просвет при приеме излучения, приходящего под углами, отличными от оптимального.

3. Невозможность оперативного управления фильтрующей способностью фильтра.

Заявляемое техническое решение в приложении к поляризационным фильтрам позволит создать технологичный и компактный фильтр с возможностью оперативного управления его фильтрующей способностью.

Это достигается тем, что в известном устройстве "Световозвращающая система, использующая отражательные поляризаторы" [5], включающем разделитель ортогональных поляризационных составляющих излучения, имеющий пилообразный профиль и выполненный оптически прозрачным, тонким, из оптически согласованных чередующихся слоев оптически прозрачных пленок с различными показателями преломления и расположенный на поверхностях с взаимно дополняющим пилообразным профилем, согласованных оптически, в компактном поляризационном фильтре (фиг. 1,2,3,6...11) под вершинами пилообразного профиля с внутренней стороны расположены светопоглощающие перегородки (5), а наружные поверхности имеют просветляющее покрытие.

Кроме того, введен по крайней мере еще один разделитель ортогональных поляризационных составляющих излучения с пилообразным профилем (1),(фиг. 3).

Кроме того, имеет чередующиеся слои оптически прозрачные, с различной зависимостью показателя преломления от напряженности приложенного электрического поля (8,9), (фиг. 5),а поверхности имеют электропроводящее оптически прозрачное покрытие (10) с выводами для внешнего управления электрическим полем (11).

Кроме того, выполнен выпуклым.

Кроме того, по крайней мере с одной стороны фильтра против вершин пилообразного профиля (1) установлены светопоглотители (12),(фиг. 6).

Кроме того, по крайней мере с одной стороны фильтра вершины пилообразного профиля (1) покрыты светопоглотителем (12),(фиг. 7).

Кроме того, по крайней мере с одной стороны фильтра вершины пилообразного профиля (1) затуплены и покрыты светопоглотителем (12), (фиг. 8).

Кроме того, разделен на две части, равноотстоящие относительно двух расположенных в выходной плоскости и отстоящих друг от друга точечных приемников (13) (фиг. 9,11в), лежащих в плоскости, которая параллельна плоскости установки фильтра и сдвинута относительно ее, при этом в каждой части фильтра пилообразный профиль разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения (1) расположен под углом Брюстера или близким к нему относительно соответствующего точечного приемника (13).

Кроме того, расположен под углом к падающему излучению (фиг. 10), а одна из поверхностей установлена на отражатель (14).

Кроме того, последовательно установлены по крайней мере два разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения с пилообразным профилем (1), плоскости поляризации которых взаимно развернуты.

Кроме того, разделитель ортогональных поляризационных составляющих излучения (1) имеет просветляющее покрытие.

Предлагаемое техническое решение поясняется с помощью фиг. 1 - 11.

На фиг. 1 показано конструктивное выполнение фрагмента поляризационного фильтра, использующего один разделитель ортогональных поляризационных составляющих излучения с пилообразным профилем и светопоглощающими перегородками и ход лучей в пространстве ортогональных поляризационных составляющих излучения. Вариант 1.

На фиг. 2 показано конструктивное выполнение фрагмента поляризационного фильтра, использующего один разделитель ортогональных поляризационных составляющих излучения и светопоглощающие перегородки. Вариант 2.

На фиг. 3 показано конструктивное выполнение фрагмента поляризационного фильтра, использующего два разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения и ход лучей в пространстве ортогональных поляризационных составляющих излучения.

На фиг. 4 показан фрагмент варианта применения в качестве разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения чередующихся пленок с пилообразным профилем и с различными показателями преломления.

На фиг. 5 показан фрагмент варианта применения в качестве разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения чередующихся слоев оптически прозрачных пленок, имеющих различную зависимость показателя преломления от напряженности приложенного электрического поля.

На фиг. 6,7,8 показаны варианты применения светопоглотителей (12) и светопоглощающих перегородок (5).

На фиг. 9 показан компактный поляризационный фильтр, поверхности пилообразного профиля (1) которого расположены под углом Брюстера или близким к нему относительно соответствующего точечного приемника (13).

На фиг. 10 показан компактный поляризационный фильтр, отражающий одну из ортогональных поляризационных составляющих излучения.

На фиг. 11a,в показан компактный поляризационный фильтр с выпуклой поверхностью и точечными приемниками (13) излучения.

На фиг. 1 - 11 и в тексте приняты следующие обозначения:
1 - разделители ортогональных поляризационных составляющих излучения,
2 - оптически согласованный взаимно дополняющий пилообразный профиль,
3 - просветляющее покрытие,
4 - фрагмент разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения, варианты которого показаны на фиг. 4, 5,
5 - светопоглощающая перегородка,
6,7 - оптически прозрачные пленки с различными показателями преломления,
8,9 - оптически прозрачные пленки с различной зависимостью показателя преломления от напряженности электрического поля,
10 - электропроводящее оптически прозрачное покрытие,
11 - выводы для внешнего управления,
12 - светопоглотители,
13 - точечные приемники, расположенные в выходной плоскости фильтра,
14 - отражатель.

Таким образом компактный поляризационный фильтр выполнен оптически прозрачным, тонким, покрытым просветляющим покрытием (3), (фиг. 1 - 11), с разделителем ортогональных поляризационных составляющих излучения (1) с пилообразным профилем, который состоит из оптически согласованных чередующихся слоев оптически прозрачных пленок (6,7,8,9), (фиг. 4,5),с различными показателями преломления и светопоглощающими перегородками (5) с внутренней стороны (2) и дополнительно имеет по крайней мере еще один разделитель ортогональных поляризационных составляющих излучения (3),чередующиеся слои, оптически прозрачные, с различной зависимостью показателя преломления от напряженности приложенного электрического поля (8,9), электропроводящее оптически прозрачное покрытие (10) с выводами для внешнего управления (11), светопоглотители (12), отражатель (14) и выполнен выпуклым.

Устройство работает следующим образом.

Излучение падает по нормали на компактный поляризационный фильтр (фиг. 1,2,3), проходит на пилообразную поверхность разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (1), поверхности которых установлены таким образом, чтобы излучение падало на них под углом Брюстера или близким к нему. При этом излучение делится на параллельную и перпендикулярную поляризационные составляющие излучения относительно плоскости падения [7]. Параллельная поляризационная составляющая излучения проходит через разделитель ортогональных поляризационных составляющих излучения (1), не меняя направления. Перпендикулярная поляризационная составляющая излучения последовательно и частично отражается от поверхностей чередующихся слоев пленок (6,7), (фиг. 4) с различными показателями преломления, выполняющих функции, аналогичные "стопе", и далее поглощается при падении на светопоглощающие перегородки (5) (фиг. 1,2,3,10).

Для подавления перпендикулярной поляризационной составляющей излучения, отраженной от разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения (1), под вершинами пилообразного профиля компактного поляризационного фильтра, с внутренней стороны расположены светопоглощающие перегородки (5) (фиг. 1 - 3,6 - 11).

Второй разделитель ортогональных пол яризационных составляющих излучения (1) (фиг. 3) м.б. сдвинут относительно первого на половину периода пилообразного профиля таким образом, чтобы вершины одного располагались против вершин второго, что позволит скорректировать отклонение потока излучения при прохождении первого разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения вторым разделителем, т.к. для проходящего излучения, падающего под углом Брюстера, поверхности обоих разделителей взаимно развернуты.

Кроме того, м. б. введен дополнительно один или несколько разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения для повышения фильтрующей способности компактного поляризационного фильтра. При этом часть вертикальной поляризационной составляющей падающего излучения в случае отсутствия светопоглощающих перегородок на ее пути (фиг. 3) отражается от поверхностей первого разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения (1) и при применении выпуклого фильтра рассеивается, а другая часть проходит через него и падает на поверхности второго разделителя (1), где отражается и поглощается при падении на светопоглощающие перегородки, параллельная же поляризационная составляющая излучения проходит через фильтр без изменений.

При применении многослойного разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения в виде чередующихся слоев, оптически прозрачных (8,9) (фиг. 5), имеющих различную зависимость показателя преломления от напряженности электрического поля, наличие или отсутствие разности потенциалов на электропроводящих оптически прозрачных покрытиях (10), выполняющих функции электродов, электрически соединенных с выводами для внешнего управления (11), между которыми заключен разделитель ортогональных поляризационных составляющих излучения, приводит к возникновению или снятию напряженности электрического поля между электродами (11), и как следствие - появлению или исчезновению различия в показателе преломления чередующихся оптически прозрачных пленок (8,9), при этом устройство выполняет или не выполняет функцию разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения и соответственно функцию поляризационного фильтра, а плавное регулирование разности потенциалов приводит к изменению степени поляризации и, следовательно, степени фильтрации проходящего излучения.

При применении компактного поляризационного фильтра с точечным приемником излучения, принимающим излучение под различными углами, фильтр м.б. выполнен выпуклым, что позволит сохранить для этих углов условие закона Брюстера, и кроме того выпуклый фильтр рассеивает отраженную составляющую излучения.

Для подавления части, перпендикулярной составляющей излучения, проходящей через разделитель ортогональных поляризационных составляющих излучения в местах его перегиба, против вершин пилообразного профиля (1) установлены светопоглотители (фиг. 6) или вершины пилообразного профиля (1) покрыты светопоглотителем (фиг. 7) или вершины пилообразного профиля (1) затуплены и покрыты светопоглотителем (фиг. 8).

При использовании плоского фильтра (фиг. 9) или выпуклого (фиг. 11 a,в) с точечными приемниками (13),поверхности пилообразного профиля разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения (1) располагаются под углом Брюстера или близким к нему относительно соответствующего точечного приемника (13), что позволит эффективно фильтровать излучение, приходящее под различными углами.

При применении компактного поляризационного фильтра в качестве отражающего (фиг. 10),поверхность которого расположена под углом к падающему излучению и который установлен на отражатель (14), параллельная составляющая падающего излучения без потерь проходит через пилообразный разделитель ортогональных поляризационных составляющих излучения (1) и, отражаясь от отражателя (14),выходит из фильтра, а перпендикулярная составляющая излучения, отражаясь от поверхности пилообразного разделителя ортогональных составляющих излучения (1), падает на светопоглощающие перегородки (5) и поглощается в них, при этом светопоглощающие перегородки (5) м.б. выполнены на основе поляроидной пленки, которая поглощает перпендикулярную составляющую излучения и пропускает параллельную составляющую излучения.

Для расширения угла подавления ортогональной поляризационной составляющей падающего излучения в компактном поляризационном фильтре устанавливаются по крайней мере два разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения с пилообразным профилем (1), плоскости поляризации которых взаимно развернуты.

Просветляющее покрытие (3) (фиг. 1-8, 10) при отсутствии согласования в показателях преломления между средами гасит отражения от поверхности разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения и поверхности компактного поляризационного фильтра.

Использование изобретения позволит:
1. Создать компактную с малыми потерями конструкцию поляризационного фильтра на основе разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения.

2. Получить поляризационный фильтр с возможностью оперативного управления его фильтрующей способностью.

Список литературы:
1. Шерклифф У. Поляризованный свет. Получение и использование. М. Мир, 1965 г.

2.Bird G.R., ShurcliffW.A., Jorn.Opt.Soc.Amer., vol 49, p. 235(1959).

3. F.Abeles.J phys.,etrad. 11, N 7, 403-407, 1950.

4. Успехи физических наук. т. 47, N 1, 42-43, 1952.

5. U.S. Patent 5.422.756, May, 18, 1992, G02 В 005/30.

6. U.S. Patent 3.743.380.

7. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. Курс физики Т.3.М., И.В.Ш. 1967, стр 84.

8. U.S. Patent 4.733.926,29.03.88.

9. S.U. Patent 176489, 02.11.65.

Изобретение относится к поляризационным фильтрам на основе "стопы" и может использоваться для выделения одной из поляризационных составляющих излучения. Изобретение может также использоваться в поляризационной микроскопии, в антиослепительных системах, в частности для обеспечения безопасности транспортных средств, в локации. Фильтр выполнен оптически прозрачным, тонким, покрытым просветляющим покрытием с разделителем ортогональных поляризационных составляющих излучения с пилообразным профилем, который состоит из оптически согласованных чередующихся слоев, оптически прозрачных, с различными показателями преломления, под вершинами которого с внутренней стороны расположены светопоглощающие перегородки, и просветляющим покрытием на входной и выходной поверхностях. Технический результат - создание компактной с малыми потерями и с возможностью оперативного управления фильтрующей способностью конструкции компактного поляризационного фильтра. 10 з.п.ф-лы, 11 ил.

1. Компактный поляризационный фильтр, состоящий из разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения, имеющего пилообразный профиль и выполненного оптически прозрачным, тонким из оптически согласованных чередующихся слоев оптически прозрачных пленок с различными показателями преломления и расположенного на поверхностях с взаимно дополняющим пилообразным профилем, согласованных оптически, отличающийся тем, что под вершинами пилообразного профиля с внутренней стороны расположены светопоглощающие перегородки, а наружные поверхности имеют просветляющее покрытие. 2. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что введен, по крайней мере, еще один разделитель ортогональных поляризационных составляющих излучения с пилообразным профилем. 3. Фильтр по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что имеет чередующиеся слои оптически прозрачные, с различной зависимостью показателя преломления от напряженности приложенного электрического поля, а поверхности имеют электропроводящее оптически прозрачное покрытие с выводами для внешнего управления электрическим полем. 4. Фильтр по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что выполнен выпуклым. 5. Фильтр по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что, по крайней мере, с одной стороны фильтра против вершин пилообразного профиля установлены светопоглотители. 6. Фильтр по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что, по крайней мере, с одной стороны фильтра вершины пилообразного профиля покрыты светопоглотителем. 7. Фильтр по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что, по крайней мере, с одной стороны фильтра вершины пилообразного профиля затуплены и покрыты светопоглотителем. 8. Фильтр по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что разделен на две части, равноотстоящие относительно двух расположенных в выходной плоскости и отстоящих друг от друга точечных приемников, лежащих в плоскости, которая параллельна плоскости установки фильтра и сдвинута относительно ее, при этом в каждой части фильтра пилообразный профиль разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения расположен под углом Брюстера или близким к нему относительно соответствующего точечного приемника. 9. Фильтр по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что расположен под углом к падающему излучению, а одна из его поверхностей установлена на отражатель. 10. Фильтр по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что последовательно установлены, по крайней мере, два разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения с пилообразным профилем, плоскости поляризации которых взаимно развернуты. 11. Фильтр по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что разделитель ортогональных поляризационных составляющих излучения имеет просветляющее покрытие.