Интерференционно-поляризационный фильтр Советский патент 1983 года по МПК G02B5/30 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности, к технике спектроскопии Солнца, и может быть использовано для комплексного исследования и прогнозирования солнечной активности в интересах радиосвязи, метеорологии; и др. Известен интерфереиционно-поляризационный фильтр, содержащий теплозащитный и интерференционный фильтры, ступень Эванса, включающую два поляризатора и разметенные м,ежд ними три кри(таллические пластины, две широкоугольные ступени Эванса, каждая из которых включает два поля ризатора и размещенные между ними четыре кристешлические пластины, и фазовую пластину полволны, а также управляемые широкоугольные ступени Лио, каждая из которых включает два поляризатора и размещенйые между ни две кристаллические пластины, одну фазовую пластину четв ртьволны и од ну полволны. Кроме того, фильтр вкл чает еще одну ступень Эванса и одну широкоугольную ступень Лио, содержа щую два поляризатора и размещенные между ними две кристаллические плас тины, и фазовую пластину полволны. Оптическая стопа склеена. Полоса пропускания такого фильтра составля ет 0,05 им, центрированная на длину волны 56,28 нм. При этом в фильтре реализована возможность смещения полосы пропускания в пределах -0,1 нм, которое осуществляется вра щением внешних поляризаторов и втул ки, содержащей две ступени фильтра с наибольшей волновой разностью хода 1 . Недостатком фильтра является необходимость вращения его внешних поляризаторов при перестройке полосы пропускания, что не позволяет использовать фильтр для измерения поляризационных эффектов на Солнце. Кроме того, положение полосы пропускания фильтра может смещаться в условиях высокогорья. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является интерференционно-поляризационный фильтр, содержащий теплозащитный и интерференционный фильтры, ступень Эванса, аключакяцую два поляризатора и размещенные между ними три кристаллические пластины, термокомпенсированные управляемые широкоугольные ступени, каждая из которых включает управляемую широкоугольную ступень Лио, содержащую дв поляризатора и размещённые между ними две фазовые пластины полволны, установленные с возможностью поворота вокруг оси фильтра, фазовую пластину четверть волны и четыре кристаллических пластины, две из которых выполнены термокомпенсирующими. Внутренние по верхности оптических деталей находятся на иммерсионном контакте.Оптическая стопа герметизируется. Полоса пропускания фильтра составляет 0,05 нм при центрировке на длину 658,28 нм. При этом возможность смещения полосы пропускания в пределах tO,l нм, осуществляется вращением фазовых полуволновых пластин в термокомпенсированных управляемых широкоугольных ступенях-с соотношением углов поворота об : 0,66 об : : 0,5 оС : 0,25 oi где oG - угол поворота фазовой пластины полволны в ступени с наибольшей волновой разйостью .хода 23 . Недостатком известного фильтра является малый диапазон перестройки полосы пропускания. Цель изобретения - увеличение -диапазона перестройки полосы пропускания фильтра. Поставленная цель достигается тем, что в интерференционно-поляризационном фильтре, содержащем теплозащитный и интерференционный фильтры,ступень Эванса, включающую два поляризатора и размещенные между ними три кристаллические пластины, термокомпенсированные управляемые широкоугЬльные ступени, каждая из которых включает управляемую широкоугольную ступень Лио, содержащую два поляризатора и размещенные между ними две фазовые пластины полволиы, установленные с возможностью поворота вокруг оси фильтра, фазовую пластину четвертьволны и Четыре кристаллических пластины, две из которых выполнены термокомпенсирующими,между ступенью Эванса и термокомпенсированными управляемыми широкоугольными ступенями дополнительно введены управляемая ступень, включающая два поляризатора и размещенные между ними кристаллическую пластину,фазовую пластину полволны, установленную с возможностью поворота вокруг оси фильтра, и фазовую пластину четвертьволны, а также по меньшей мере две управляемые широкоугольные ступени, каждая из которых включает два поляризатора и размещенные между ними две кристаллические пластины, одну фазовую пластину четвертьволны и две полволны, одна из которых установлена с возможностью поворота вокруг оси фильтра, причем углы поворота фазовых пластин полволны в управляемых ступенях связаны соотношением: об : 0,5 06 : 0,25 еС : 0,125Л : : 0,0625ot : 0,03125о6: 0,015625(t, . где об - угол поворота фазовой пластины полволны в ступени с наибольшей волновой разностью хода.

На чертеже представлена оптикомеханическая схема фильтра (черточками показана ориентация оптических осей элементов).

Фильтр состоит из теплозащитного фильтра 1, интерференционного фильтра 2, после чего идут интерференционно-поляризационные ступени.

Первая ступень - ступень Эванса состоит из поляризатора 3, трех кристаллических пластин 4-6 и второго поляризатора 7. Вторая ступень управляемая, состоит из поляризатора 7, поворотной фазовой пластины 8 полволны, фазовой пластины 9 четвертьволны, кристаллической пластины 10 и второго поляриза-. тора 11. Третья - управляемая широкоугольная ступень состоит из поляризатора 11, поворотной фазовой пластины 12 полволны, фаэовой пластины 13 четвертьволны, кристаллической пластины 14, фазовой пластины 15 полволны, кристаллической пластины 16 и второго поляризатора 17. Четвертая - управляемая широкоугольная ступень, состоит из поляризатора 47, поворотной фазовой пластины 18 полволны, фазовой пластины 19 четвертьволны, кристаллической пластины 20 на подложке 21 из стекла, фазовой пластины 22 полволны, кристаллической пластины 23 на подложке 24 из стекла и второго поляризатора 25. Лятая - управляемая широкоугольная ступень состоит из поляризатора 25, поворотной фазовой пластины 26 полволны, фазовой пластины 27 четвертьволны, кристаллической пластины 28, фазовой пластины 29 полволны, кристаллической пластины 30 и второго поляризатора 31.Шестая - термокомпенсированная управляемая широкоугольная ступень состоит из управляемой широкоугольной ступени Лио, сгодерхащей поляризатор 31, фазовую пластину 32 полволны, установленную с возможностью поворота вокруг оси фильтра, фазовую пластину 33 четвертьволны, термокомпенсирующую кристаллическую пластину 34, кристаллическую пластину 35, фазовую пластину 36 пблволны, кристаллическую пластину 37, вторую термокомпенсирующую пластину 38 и второй . поляризатор 39. Седьмая - термокомпенсированная управляемая широкоугольная ступень состоит из управляемой широкоугольной ступени Лио, содержащей поляризатор 39, фазовую пластину 40 полволны, установленную с возможностью поворота вокруг оси

филЪт{)а, фазовую пластину 41 четвертьвопны, термокомпенсирующую кристаллическую пластину 42,кристал лическую пластину 43, фазову пластину. 44 лолволны, вторую кристаллическую пластину 45, тёрмококтенсирующую кристаллическую пластину 46 и второй поляризатор 47.Восьмая -, термокомпенсированная управляемая широкоугольная ступень состоит из

0 управляемой широкоугольной ступени Лио, содержащей поляризатор 47,фазовую пластину 48 полволны,установ-. ленную с возможностью поворота вок,руг оси фазовую пластину 49 чет5 вертьволны, термокомпенсйрукяцую

кристаллическую пластину 50,кристаллическую, пластину 51, фазовую пластину 52 полволны, вторую кристаллическую пл 1стину 53, термокомпенсиQ рующую кристаллическую пластину 54, пластину 55 и второй поляризатор 56. Пластина 55 из стекла К8 - технологическая.

Привод поворотных пластин 8,12,

5 18,26,32,40 и 48 состоит из рукоятки 57, шкалы 58, цилиндрических колес 59-69 и семи, осей 70.

Теплозащитный светофильтр 1 представляет собой пластину из дигидрофосфата аммония (АДР), вырезанную

- перпендикулярно к оптической оси кристалла, толщиной 10 мм и пластины из КС-13 толщиной 2 мм. Интерференционный фильтр 2 используется в качестве фильтра предварительной

5 монохроматизации и имеет следующие характеристики: длина волны максимума пропускания 656,28 нм, полуширина полосы пропускания 2 нм, пропускание t мокс 60-70%, про0 пускание 0,1% в нерабочей зоне t 10 нм.

Каждая из фазовых пластин четвертьволны и полволны состоит из 5 квух пластин кристаллического кварца толщиной около 2 мм, ориен гиро- , ванныз между собой так, что вносимые ими разности хода вычитаются. Разность толвшны пары, образующей0 пластину четвертьволны, равна 18,2 мкм, а образующей.пласткну полволны - 36,4 мкм. В качестве поляризаторов используются пленочные поляроиды.

Внутренние поверхности оптичес-

5 ких деталей находятся на иьмерсионном контакте. Оптическая стопа гер-т метизируется. Рабочая температура фильтра 40с.

Материал, толщина и ориентация . оптической оси кристаллических и фазовых пластин представлены в табл. 1.

Таблица 1

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННО-ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ ФИЛЬТР, содержащий теплозащитный и интерференционный фильтры, ступень Эвенса, включающую два поляризатора и размещенные между ними три кристаллические пластины,термокомпенсированные управляемые широкоугольные ступени, каждая из кото рых включает управляемую широкоугольную ступень Лио, содержащую два поляризатора и размещенные между ними две фазовые пластины полволны, установленные с возможностью поворота вокруг оси фильтра, фазовую пластину четвертьволны и четыре кристаллических пластины, две из которых выполнены тёрмокомпенсирующими, о тличающийся тем, что, с целью увеличения диапазрна перестройки полосы пропускания фильтра между ступенью Эванса и термокомпенсированными управляемыми широкоугольными ступенями дополнительно введены управляемая ступень, включающая два поляризатора и размещенные между ними кристаллическую пластину, фазовую пластину п 3лволны, установленную с возможностью поворота вокруг оси фильтра, и фазовую пластину четвертьволны, а также по меньшей мере две управляемые широкоугольные ступени, | каждая из которых включает два по(О ляризатора и размещенные между ними две кристаллические пластины, одну фазовую пластину четвертьволны и две полуволны, одна из которых установлена с возможностью поворота вокруг оси фильтра, причем углы поворота фазовых пластин полволны в управляе1 1ых ступенях связаны соотношением: ot : О ,5 .ci : 0,25et: 0,125 Л: ю :о 0,0625(А : 0,03125 об : 0,.015625о(., где об - угол поворота фазовой пластины полволны в ступени с наибольшей волновой разностью хода.

Кристгшлический 3,518 кварц

4-45

Продолжение табл.1

соединенной со шкгшой 58. Шкала 58 служит для отсчета перемещения поJiocH лрстускания фильтра по спекФральному дигшазону. Ноль шкалы 58 соответствует центрировке полосы nponycKaiHHH на длину волны 656,28 нм

Перестройка полосы пропускания пред}1агаемого фильтра осуществляется следующим образом.

Вращение от рукоятки - ижалв 57-58 передается цилиндрическими Колесами 59-61 на оси 70 (семь штук) и через семь цилиндрических колес. : .62 - на фазовые пластины 8, 12, 18, 26, 32, 48 полврлны. Вращение передается через редуктор с цилиндрическими колесами 63-69 с передаточню отн иением (на замедление) 1 « 1(2. Крайниеположения шкалы 58 cooTsercTByitfT развороту пластин 8, 12, 18, 26, 32, 40 и 48 на углы 1 28,12, 56,25; 112,, ±450, +900 и±1800, соответстве.нно« В результате такого разворота полоса пропускания фильтра будет перемещаться на t1 нм от положения 71 : 656,28 нм.

Введение в предлагаемый фильтр дополнительных, ступеней позволяет увеличить диапазон перестройки полосы пропускания фильтра на порядок. Это дает возможность совместно с фильтровыми телескопами исследовать образования с разньми лучевыми скоростями, с разными профилями, на разных глубинах в атмосфере Солнца.