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 разделителем ортогональных поляризационных составляющих излучения с пилообразным профилем, плоскости которого покрыты оптически прозрачными пленками с различными показателями преломления [5], а также содержащие по крайней мере два разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения [10] , 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, 10].

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.

1. Это достигается тем, что в известном устройстве "Световозвращающая система, использующая отражательные поляризаторы" [5], включающем по крайней мере 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 под вершинами пилообразного профиля у поверхности с внутренней стороны, по нормали к ней расположены светопоглощающие перегородки 5 (фиг. 1, 2, 3), а пилообразный разделитель 1 и наружные поверхности имеют просветляющее покрытие.

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

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

4. Кроме того, выполнен выпуклым. Предлагаемое техническое решение поясняется с помощью фиг. 1 - 5.

На фиг. 1, 2 показаны варианты конструктивного выполнения фрагмента поляризационного фильтра, использующего один разделитель ортогональных поляризационных составляющих излучения с пилообразным профилем и светопоглощающие перегородки и ход лучей в пространстве ортогональных поляризационных составляющих излучения.

На фиг. 3 показано конструктивное выполнение фрагмента поляризационного фильтра, использующего два смещенных один относительно другого 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. 1 - 5 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.

Таким образом компактный поляризационный фильтр выполнен оптически прозрачным, тонким, покрытый просветляющим покрытием 3 (фиг. 1, 2, 3), с разделителем ортогональных поляризационных составляющих излучения (фиг. 1, 2) с пилообразным профилем 1, имеющий просветляющее покрытие 3 на входной и выходной поверхностях, 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 у поверхности с внутренней стороны, и дополнительно имеет по крайней мере еще один разделитель ортогональных поляризационных составляющих излучения с пилообразным профилем (фиг. 3), чередующиеся слои оптически прозрачных пленок с различной зависимостью показателя преломления от напряженности приложенного электрического поля 8, 9, электропроводящее оптически прозрачное покрытие 10 с выводами для внешнего управления 11, 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" [3, 4], и далее поглощается при падении на светопоглощающие перегородки 5 (фиг. 1, 2, 3), которые расположены под вершинами пилообразного профиля у поверхности с внутренней стороны по нормали к ней. Второй разделитель ортогональных поляризационных составляющих излучения 1 (фиг. 3) сдвинут относительно первого, что позволяет погасить перпендикулярную составляющую излучения по отношению к плоскости падения, прошедшую через поверхность первого разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения в местах ее перегиба, где технологически сложно выполнить условие закона Брюстера, или второй разделитель 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, может быть введен дополнительно один или несколько разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения для повышения фильтрующей способности компактного поляризационного фильтра, а при взаимном расположении плоскостей поляризации фильтров под углом (углами) друг к другу позволит получить "полосовой" фильтр с заданной характеристикой.

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 [7], 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.

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

Просветляющее покрытие 3 (фиг. 1 - 5) гасит отражения от поверхности разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения 1, которые проявляются при различии в показателях преломления на границе оптически согласованного взаимно дополняющего пилообразного профиля 2 и поверхностей "стоп" пилообразного разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения 1, собранных из слоев оптически прозрачных пленок с различными показателями преломления [4], а также гасит отражения от наружных поверхностей 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., Shurcliff W.A., Jorn.Opt.Soc.Amer., vol 49, p. 235 (1959).

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

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

5. US Patent 5.422.756, May, 18, 1992, G 02 В 005/30.

6. US Patent 3743380.

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

8. US Patent 4733926, 29.03.88.

9. SU Patent 176489, 02.11.65.

10. US Patent 5357370 A.

Поляризационный фильтр содержит разделить ортогональных поляризационных составляющих излучения, имеющий пилообразный профиль и выполненный оптически прозрачным, тонким, из оптически согласованных чередующихся слоев оптически прозрачных пленок с различными показателями преломления. Разделитель расположен на поверхностях с взаимно дополняющим пилообразным профилем. Под вершинами пилообразного профиля у поверхности с внутренней стороны по нормали к ней расположены светопоглащающие перегородки. Пилообразный разделитель и наружные поверхности имеют просветляющее покрытие. Может быть введен по крайней мере еще один разделитель ортогональных поляризационных составляющих излучения с пилообразным профилем. Чередующиеся слои оптически прозрачных пленок могут иметь различную зависимость показателя преломления от напряженности приложенного электрического поля. Фильтр может быть выполнен выпуклым. Обеспечивается создание технологичного компактного фильтра с возможностью управления его фильтрующей способностью. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Компактный поляризационный фильтр, состоящий по крайней мере из разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения, имеющего пилообразный профиль, 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 у поверхности с внутренней стороны по нормали к ней расположены светопоглощающие перегородки, а пилообразный разделитель и 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 п.1 или 2, отличающийся тем, что имеет чередующиеся слои оптически прозрачных пленок с различной зависимостью показателя преломления от напряженности приложенного электрического поля, а поверхности пленок 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.