ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ СВЕТОФИЛЬТР Российский патент 2018 года по МПК G02B5/28 G01J3/26 G01J3/45 

Изобретение относится к оптике, к оптическим устройствам, основанным на использовании интерференционных явлений между зеркалами интерферометра Фабри-Перо (ИФП) и в голограмме, зарегистрированной на низкомолекулярных нематических жидких кристаллах, заключенных в полимерную матрицу, и может быть использовано, например, в устройствах спектрального анализа, оптических модуляторах высокой частоты, приборах, обладающих высокой разрешающей способностью в видимой области спектра для спектрального анализа, модуляции и монохроматизации света.

Известен интерференционный светофильтр (устройство со стоячей световой волной в интерферометре Фабри-Перо, представленное в патенте Никулина Д.М., Чеснокова А.Е., Чеснокова Д.В., Чеснокова В.В. - RU 2399935 МПК G02B 5/28, G01J 3/26), содержащий две пластины с зеркальным покрытием, закрепленные с зазором между собой на держателях механизма перемещения пластин. Между зеркалами имеется компенсационная прослойка с изменяющейся толщиной, обеспечивающей параллельное расположение зеркал интерферометра Фабри-Перо.

Однако указанное устройство имеет ряд недостатков: большая инерционность светофильтра, что приводит к малому быстродействию, ограниченная апертура, малая глубина модуляции проходящего света, невозможность перестройки частоты пропускания.

Кроме того, известен интерференционный светофильтр (сканирующий интерференционный светофильтр в виде двухзеркального интерферометра Фабри-Перо, представленный в патенте Никулина Д.М., Чеснокова Д.В., Чеснокова В.В. - RU 2518366), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, содержащий две подложки с зеркальным покрытием, с регулированием положения зеркал основным пьезоэлементом, подключенным к источнику переменного напряжения, поверхности подложек соединены с помощью прозрачного упругого слоя равномерной толщины, модуль Юнга которого меньше, чем подложек, материал подложек - стекло. Материалом прозрачного слоя являются эластичные полимеры - полиамид, полиэтилен, фоторезист, кремний, органический каучук. Сканирование осуществляется при помощи пьезоэлемента, подключенного к источнику переменного напряжения.

Однако указанное устройство не может одновременно обеспечить узкую спектральную полосу пропускания и широкую свободную спектральную область, имеет ограниченную глубину модуляции оптического излучения, проходящего через светофильтр.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является обеспечение одновременно узкой спектральной полосы пропускания и широкой свободной спектральной области и увеличение глубины модуляции оптического излучения, проходящего через светофильтр.

Поставленная задача достигается тем, что в интерференционный светофильтр, содержащий две подложки с зеркальным покрытием, с регулированием положения подложек при помощи основного пьезоэлемента, подключенного к источнику переменного напряжения, введены дополнительный пьезоэлемент, стеклянные подложки с нанесенными на них прозрачными электродами, голограмма, упор, при этом между указанными подложками с зеркальным покрытием на дополнительном пьезоэлементе закреплена голограмма, зарегистрированная на низкомолекулярных жидких кристаллах, заключенных в полимерную матрицу, голограмма расположена между стеклянными подложками с нанесенными на них прозрачными электродами и представляет собой слоистую структуру, параллельную плоскости электродов, одна поверхность которой посредством упора зафиксирована относительно одной из подложек с зеркальным покрытием.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого интерференционного светофильтра, на фиг. 2 представлена схема регистрации голограммы.

Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит: 1 - подложки, 2 - зеркальное покрытие подложек, 3 - основной пьезоэлемент для регулирования положения стеклянных подложек с зеркальным покрытием, 4 - дополнительный пьезоэлемент для механического воздействия на толщину голограммы, 5 - стеклянные подложки голограммы с нанесенными на них прозрачными электродами, 6 - голограмма со слоистой структурой, записанная во встречных пучках по схеме Ю.Н. Денисюка на низкомолекулярных нематических жидких кристаллах, заключенных в полимерную матрицу, 7 - упор, фиксирующий одну плоскость голограммы относительно одной из подложек с зеркальным покрытием для обеспечения механического сжатия или растяжения толщины голограммы.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Излучение, попадающее в светофильтр, проходит прозрачные подложки интерферометра Фабри-Перо 1, полупрозрачные зеркальные покрытия 2, стеклянные подложки голограммы, закрепленной на дополнительном пьезоэлементе 4, с нанесенными на них прозрачными, электродами 5, саму голограмму 6 и подвергается воздействию интерференционного светофильтра. Основной пьезоэлемент 3 управляет зазором основного интерферометра Фабри-Перо, устанавливая свободную спектральную область. Слоистая структура голограммы аналогична слоистой структуре диэлектрических покрытий поверхности лазерных зеркал, чем обеспечивается фильтрация спектра падающего излучения и достигается узкая полоса пропускания излучения, обеспечивающая высокую разрешающую способность. Модуляция излучения осуществляется посредством механического сжатия или растяжения толщины голограммы дополнительным пьезоэлементом 4. Одна поверхность голограммы посредством упора 7 зафиксирована относительно стеклянной подложки ИФП с зеркальным покрытием для обеспечения механического сжатия или растяжения толщины голограммы. Пьезоэлемент 3 подключен к источнику переменного напряжения, дополнительный пьезоэлемент 4 подключен и управляется ЭВМ. Апертура интерференционного светофильтра определяется диаметром элементов 1 и 5. Частота модуляции излучения определяется частотой колебания пьезоэлементов.

Техническим результатом является узкая спектральная полоса пропускания за счет фильтрации спектра падающего излучения голограммой с одновременным обеспечением широкой свободной спектральной области и высокая глубина модуляции оптического излучения, проходящего через светофильтр, за счет изменения расстояния между интерференционными слоями голограммы при механическом сжатии или растяжении толщины голограммы дополнительным пьезоэлементом, в результате чего можно получить либо 100% пропускание излучения, либо 100% его отражение.

На фиг. 2 представлена схема регистрации голограммы - основного элемента интерференционного светофильтра с перестраиваемой полосой пропускания. Это голограмма со слоистой структурой, записанной во встречных пучках по схеме Ю.Н. Денисюка на низкомолекулярных нематических жидких кристаллах, заключенных в полимерную матрицу. При голографической записи по схеме Ю.Н. Денисюка излучение лазера для записи голограммы 8 проходит через стеклянные подложки голограммы с нанесенными на них прозрачными электродами 5, область голограммы, в которой находится предполимерная композиция 9, отражается зеркальным покрытием 10, нанесенным на плоскую стеклянную пластину 11 в виде излучения 12. В области 9 образуется стационарное интерференционное поле, как в липмановской фотографии, которое проявляется в виде пространственно-периодической структуры, формируемой в результате процесса пространственно-неоднородной фотополимеризации предполимерной композиции. Плоскости пространственной структуры параллельны плоскости зеркального покрытия 10, когда излучение 8 падает на область голограммы 9 по нормали и нормаль к зеркальному покрытию 10 ориентирована вдоль параллельного пучка лазерного излучения 8.

Таким образом, подтверждается возможность решения поставленной задачи: создание интерференционного светофильтра с перестраиваемой полосой пропускания, обладающего узкой спектральной полосой пропускания с одновременным обеспечением широкой свободной спектральной области, обеспечение высокой глубины модуляции оптического излучения, проходящего через светофильтр.

Изобретение может быть использовано в устройствах, обладающих высокой разрешающей способностью, для спектрального анализа, модуляции и монохроматизации света. Интерференционный светофильтр содержит две подложки с зеркальным покрытием с регулированием положения подложек при помощи основного пьезоэлемента, подключенного к источнику переменного напряжения. Введены дополнительный пьезоэлемент, стеклянные подложки с нанесенными на них прозрачными электродами, голограмма, упор. Между подложками с зеркальным покрытием на дополнительном пьезоэлементе закреплена голограмма, зарегистрированная на низкомолекулярных жидких кристаллах, заключенных в полимерную матрицу, расположенная между стеклянными подложками с нанесенными на них прозрачными электродами и представляющая собой слоистую структуру, параллельную плоскости электродов, одна поверхность которой посредством упора зафиксирована относительно одной из подложек с зеркальным покрытием. Технический результат - обеспечение одновременно узкой спектральной полосы пропускания и широкой свободной спектральной области и увеличение глубины модуляции оптического излучения. 2 ил.

Интерференционный светофильтр, содержащий две подложки с зеркальным покрытием, с регулированием положения подложек при помощи основного пьезоэлемента, подключенного к источнику переменного напряжения, отличающийся тем, что в него введены дополнительный пьезоэлемент, стеклянные подложки с нанесенными на них прозрачными электродами, голограмма, упор, при этом между указанными подложками с зеркальным покрытием на дополнительном пьезоэлементе закреплена голограмма, зарегистрированная на низкомолекулярных жидких кристаллах, заключенных в полимерную матрицу, голограмма расположена между стеклянными подложками с нанесенными на них прозрачными электродами и представляет собой слоистую структуру, параллельную плоскости электродов, одна поверхность которой посредством упора зафиксирована относительно одной из подложек с зеркальным покрытием.