Концентратор светового излучения и способ изготовления голограммы для него Советский патент 1984 года по МПК G02B5/32 F24J3/02 

2.Способ изготовления голограммы для концентратора по п.1 путем записи интерференционной картины на светочувствительном слое от плоскопараллельного опорного и плоскопарал лельного предметного пучков лазерного излучения, причем последний вводят через оптический элемент и слой иммерсионной жидкости, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, оптический элемент устанавливают со сторюны светочувствительного слоя и Предметный пучок вводят в призму параллельно грани отражения излучения.

3.Способ по п.2, отличают и и с я тем, что, с целью расширения рабочего диапазона изготавливаемого концентратора, со стороны грани отражения через слой иммерсионной жидкости устанавливают второй оптический элемент, предметный пучок вводят в светочувствительный

слой под углом, большим угла полного внутреннего отражения, на границей светочувствительного слоя и воздуха, а опорный пучок - нормально к грани входа излучения последовательно через ка;хдый оптический элемен±.

4. Способ поп.З, отличающийся тем, что, с целью повышения степени контгентрапии, предметный пучок вводят в призму, ияеюпую в сечении rt) трапеции, под углом к грани отражения, большим угла полного внутреннего отражения, на границе раздела призмы и воздуха, который определяют по формуле

yiQ + 2«,n.

де Q - угол полного внутреннего отрахсения на границе раздела призмьт и воздуха; А - угол между гранями входа и

отражения призмы; и - максимальное число отражений пучка концентрируемого излучения внутри ...

1. Концентратор светового излучения в виде призмы, содержащий грани входа, отражения и выхода излучения, Отличаю1чийся тем, что, с целью повышения степени концентрации, грань входа излучения имеет светочувствительный слой с объемной голограммой. (Л с± со СП О 00

Изобретение относится к гелиотех нике, в частности к концентраторам светового излучения в виде призмк и способам изготовления голограмглы для концентраторов.

Известен концентратор светового излучения в виде призг-и, содержащей грани входа, отражения и выхода излучения l .

В данном способе концентрация сзсуществляется за счет многократных полных внутренних отражений излучения. При этом коэЛЛициент концентрации определяется величиной угла полного внутреннего отражения, связанного с оптической плотностью материала, из -которого изготовлена призма Увеличения коэффициента концентрации можно добиться нанесением зеркального покрытия на грань отражения. Однако в этом случае коэффициент концентрации ограничен оптической плотностью материала призмы.

Известен способ изготовления голограммы путем записи интерЛеренцион ной картины на светочувствительном слое от плоскопараллельного опорного и плоскопараллельного предметного пучков лазерного излучения, причем последний вводят через оптический элемент и слой иммерсионной жидкости 2 .

При опорный пучок направляют со стороны светочувствительного слоя, а на противоположную сторону

пластины наносят слой иммерсионной жидкости устанавливают на него призму и через нее направляют предметный пучок излучения.

Когда предметный пучок достигает границы светочувствительный слой воздух, происходит полное внутреннее отражение. При интерЛеренп.ии опорного пучка с падающим предметным пучком образуется отражательная голограмма, а при интерференции опорного пучка с отражэнным предметным пучком одновременно образуется пропускающая голограмма.

Однако пластина с такими голограммами не может концентрировать излучение, так как при направлении на

нее пучка света, идентичного опорному пучку, часть пучка не проходит внутрь пластины, отражаясь на отражательной голограмме, а часть пучка, дифрагировавшая на пропускаюг ей

голограмме, претерпевает полное внутреннее отражение на противоположной стороне пластины, становится идентичной предметному пучку и выходит из пластины.

кроме того, предметный пучок не может концентрироваться, так как ввести его в пластину под углом полного внутреннего отражения без призГ1ы с иммерсионной жидкостью невозможно. Даже с призгюй он, диФрагировав, реконструирует опорный пучок излучения и выходит из пластины, а недифрагировавшая его часть полностью отражается на границе светочув ствительный слой - воздух и выходит из пластины чере.з иммерсионный слой и призму. Цель изобретения - повышение сте пени концентрации признанного концентратора и расширение области при менения способа изготовления голограммы для использования в признанном концентраторе, расширение рабЬчего диапазона изготавливаемого кон центратора и дальнейшее повышение его степени концентрации. Поставленная цель достигается тем, что грань входа излучения имеет светочувствительный слой с объемной голограммой, оптический элемент устанавливают со стороны светочувствительного слоя, и предметный пучок вводят в призму параллельно грани отражения излучения. Кроме того, со стороны грани отражения через слой иммерсионной жид кости устанавливают второй оптический элемент, предметный пучок вводят в светочувствительный слой под углом, большим угла полного внутрен него отражения, на границе раздела светочувствительного слоя и воздуха а опорный пучок - нормально к грани входа излучения последовательно через каждый оптический элемент, а предметный пучок вводят в призму, имекидуло в сечении форму трапеции, под углом f к грани отражения, боль шим угла полного внутреннего отраже ния, на границе раздела призмы и воздуха, который определяют по Лор муле . угол полного внутреннего отражения на границе разде ла призмы и воздуха; угол между граня111И входа и отражения призмы, максимальное число отражений луча пучка концентриру емого излучения внутри при мы. На фиг.1 показан концентратор в виде призмы и способ изготовления г лограммы для него, при котором обес печивается высокая степень концентрации излучения в узкой области спектра; на фиг.2 - концентратор в виде призмы, имеющей в сечении лорму трапеции, и способ изготовления i голоrpaMf/tJ для него, при котором обеспечивается либо широкий спектр концентрируемого излучения, либо повышение концентрации в более узком спектре. Концентратор светового излучения в виде призг-ы 1 ((иг.1) содержит грань 2 входа излучения, грань 3 отражения излучения и грань 4 выхода излучения. Грань 2 входа излучения имеет светочувствительный 5 с объемной голограммой. Способ изготовления голограммы для концентратора осуществляемся путем записи интерференционной картины на светочувствительном слое 5 (фиг.1) от плоскопараллельного опорного пучка 6 и плоскопараллельного предметного пучка 7 лазерного излучения, который вводят через оптический элемент 8 и 9 иммерсионной жидкости. Оптический элемент 8 устанавливают со стороны светочувствительного слоя 5, а предметный пучок 7 вводят в призму 1 параллельно грани 3 отражения излучения. Для расширения области спектра концентрируемого излучения, со стороны грани 3 (фиг.2), отражения через слой 10 иммерсионной жидкости устанавливают второй оптический элемент 11, предметный пучок 12 вводят в светочувствительный слой 5 под углом, большим угла полного внутреннего отражения, на границе раздела светочувствительного слоя 5 и воздуха, а опорный пучок 13 вводят нормально к грани 2 входа излучения последовательно через каждый оптический элемент 8 и 11. Для дальнейшего повышения степени концентрации в достаточно широкой области спектра (по сравнению с предыдущим вариантом спектр концентрируемого излучения сужается), предметный пучок 14 вводят в призму 15 (фиг.2), имеющую в сечении форму трапеции, под углом к грани 3 отражения, большим угла полного внутреннего отражения, на границе раздела призмы 15 и воздуха, который определяют по формуле у iQ -2cin. Способ изготовления голограммы для концентратора и его работы осуществляется следукаиим образом. В случае изготовления голограммы для высокой концентрации излучения призменным в узкой области спектра, предметный пучок 7 (фиг.1)вводят в призму 1 через оптический элемент 8, выполненный в виде прямой призмы, и слой 9 иммерсионной жидкости, нанесенный на -светочувствительный слой 5, в свою очередь, размещенный на грани 2 входа излучения. Призма 1 имеет в сечении вид прямоугольного треугольника, а пучок 7 параллелен грани 3 отражения. Опорный пучок 6 вводится в призму 1 через оптический элемент 8 и слой 9 имглерсионной жидкости, но перпендикулярно грани 2 входа излучения и поверхности светочувствительного слоя 5. Объемная голограмма может быть как пропускающего, так и отрахсательного типа. Концентрируемое световое излучение, после однократной дилракции на объемной голограмче, без каких-либо пе реотражений выходит из грани 4 приз мы. Поэтому угол между двумя боковыми гранями 2 и 3 призг-р-з 1 не зави сит от CBqficTB объемной голограммы. Этим УГЛОМ определяется угол между опорным пучком б и предметным пучком 7 во время образования голограммы и, следовательно, спектрал ная чувствительность объемной голограммы . При изготовлении голограммг т для концентрации излучения призменным концентратором в широкой области спектра, на обе грани 2 и 3 призмы 15 (фиг.2)наносят слои 9 и 10 иммер сионной жидкости и устанавливают оптические элементы 8 и 11, выполненные в виде прямых призм. Предмет ный пучок 12 направляют через оптический элемент 8 и слой 9 иммерсион ной, жидкости так, чтобы внутри свет чувствительного слоя 5 угол между направлением распространения пучка 12и нормалью к границе раздела светочувствительного слоя 5 и слоя иммерсионной жидкости был больше угла полного внутреннего отражения на границе раздела светочувствитель ного слоя 5 и воздуха. При образова НИИ пропускающей объемной голограммы опорный пучок 13 направляют чере оптический элемент 8 и слой 9 иммер сионной жидкости предпочтительно перпендикулярно поверхности слоя 5 и грани 2 входа излучения. При обра зовании отражательной объемной голо граммы опорный пучок 13 направляют через оптический элемент 11 и слой 10 иммерсионной жидкости перпендику лярно грани 2 входа излучения. По сравнению с пропускающей объемной голограммой, отражательная объемная голограмма обладает более высокой селективностью к длине волны и мень шей селективностью к углу падения восстанавливающего пучка. Ввод предметного пучка 12 в призму 15 под углом полного внутреннего отражения осуществляется за счет того, что на обе поверхности её боковых граней 2 и 3 наносят слои 9 и 10 иммерсионной жидкости и устанавливают вспомогательные призмы (оптические элементы 8 ,и 11) . Опорный пучок 13и предметный пучок 12 образуют при этом только пропускающую объемную голограмму, когда интерферирующие волны падают с одной стороны светочувствительного слоя 5, и отражательную - с противоположных сторон. Объемная голограмма представляет собой объемную дифракционную решетку, содержащую периодически расположенные рассеивающие плоскости, которые делят пополам угол между направлениями распространения опорного и предметного пучка в светочувствительной среде. При этом угол между напраблением распространения пучка и рассеивающей плоскостью является углом Брэгга. Если опорный пучок падает на такую голограмму под углом Брэгга, то он дилрагирует на рассеивающих плоскостях в направлении предметного пучка, так как именно в этом направлении происходит синфазное сложение рассеиваемых плоскостями световых волн и интенсивность дифрагированной волны имеет максимальную величину. Аналогично предметный пучок, падающий на голограмму под углом Брэгга, восстанавливает опорный пучок. При отклонении угла падения пучка от угла Брэгга интенсивность дифрагированной волны падает. Так, например, для угла Брэгга около внутри желатинового светочувствительного слоя толщиной 15 мкм, при угловом отклонении менее 2°, дифракционная эффективность объемной пропускающей голограмм падает до нуля. В частности, предельное угловое отклонение. (з радианах) для объемной пропускающей голограммы приблизительно определяется как отношение расстояния между интерференционными рассеивающими плоскостями к толщине светочувствительного слоя. При освещении концентратора с такой голограммой пучком, идентичным опорному пучку 13, в светочувствительном слое 5 распространяется под углом полного внутреннего отражения восстановленный предметный пучок 12. Тем самым достигается ввод луча из оптически менее плотной среды воздуха) Б оптически более плотную среду (светочувствительный слой 5 и материал призмы 15) , под углом полного внутреннего отражения без использования вспомогательной призмы и иммерсионной жидкости. Вошедший в призму 113 луч отражается от противоположной боковой грани 3 призмы 15 и попадает на-объемную голограмму, зарегистрированную в светочувствительном слое 5. При этом необходимо, чтобы этот луч, после отражения на границе раздела светочувствительного слоя 5 и воздуха, падал на рассеивающие плоскости объемной дифракционной решетки с угловым отклонением от угла Брэгга, не меньшим углового отклонения, при котором дифракционная эффективность объемной голограммы равна нулю. В этом