Способ изготовления концентратора светового излучения голографическим методом Советский патент 1984 года по МПК F24J2/06 G02B5/32 

/Х /N4

хN t I

4

СО

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к способам изготовления концентратороэ светового преимущественного солнечного излучения голографическйм методом.

Известен способ изготовления концентратора светового излучения голографическим методом, включающий запись интерференционной Картины в светочувствительном слое, нанесенном на оптический элемент, путем направления на него расходящегося предметного и опорного плоскопараллельного Пучков лазерного излучения.

Этим способом изготовляют концентратор светового излучения, , состоящий из плоских фацет, являющихся оптическими элементами этого концентратора Л .

Однако при выполнении оптического элемента в виде прозрачной плоскопараллельной пластины с концентрацие светового излучения путем многократных переотражений внутри оптического элемента часть излучения не участвует в переотражениях.

Целью изобретения является повышение коэффициента концентрации при выполнении оптического элемента в виде прозрачной плоскопараллельмой пластины,

Поставленнаяцель достигается тем что каждый луч расходящегося предмет огй пучка направляют на оптический элемент под углом к светочувствительному слою, большим угла полного внутреннего отрешения материала оптического элемента.

На чертеже представлен концентратор светового излучения, изготовленный данным способом.

Способ изготовления концентратора 1 светового излучения голографическйм методом включает запись интерференционной картины в светочувствительном слое 2, нанесенном на оптический элемент 3, путем направления на него расходящегося предметного пучка 4 и опорного плоскопараллельного пучка 5 лазерного излучения.Причем последний из пучков по. направлению тождественен концентрируеколм солнечным лучам 6 и 7. Каждый луч расходящегося предметного пучка 4 направляют на оптический элемент 3 под УГЛОМ к светочувствительному, слсяо 2, большим угл полного внутреннго отражения материала оптического элемента 3. Оптический элемент 3 выполнен в виде прозрачной плоскопараллельН 5 й пластины.

.Концентратор светового излучения, изготовленный данным способом, работает следующим образом.

При освещении концентратора 1 плоскопаргшлельным пучком света, например солнечным излучением, идентичным опорному плоскопараллельному пучку 5, участвовавшему в образовании объемной голограммы, голограмма восстанавливает расходящийся предметный пучок 4,участвовавший в образовании этой голограммы. Благодаря .тому, что расходящийся пучок 4 в процессе изготовления концентратора 1 был направлен в оптический элемент 3 под углом полного внутреннего отражения, обеспечивается ввод солнечного излучения в оптический элемент 3 под углом полного внутреннего отражения. Это является необходимым, но недостаточным условием концентрирования светового излучения. Дифрагировавший на объемной голограмме луч света входит в оптический элемент 3, выполненный в виде пластины, под углом полного внутреннего отражения, претерпевает полное внутреннее отражение на противоположной поверхности пластины и в некоторой точке возвращается в слой 2 с объемной голограммой. Для концентрирования достаточно, чтобы, отразившись от границы раздела светочувствительного слоя 2 с записанной в нём объемной голограммой и воздуха, луч не удовлетворял условию Брэгга на этом участке голограммы. Тогда луч не будет да1фрагировать на объемной голограмме и после ряда полных внутренних отражений выйдет из торца пластины. Отсюда следует, что объемная голограмма в направлении движения переотраженного луча должна быть неоднородной. Это обеспечивается расходимостью предметного пучка 4, лучи которого при образовании голограммы входят и пластину под разными углами,оставаясь больше предельного угла полного внутреннего отражения. Выбором же толщины пластины обеспечивается падение отраженного луча на участок объемной голограммы с таким угловым отклонением S от угла Брэгга в этой точке. Что дифракционная эффективность объемной голограмг ы на этом участке для него равна нулю. Объемная голограмма обладает угловой селективностью, поэтому она не воздействует дифрагирующе на луч, направленный с определенным угловым отклонением от угла Брэгга (см. чертеж). В этом случае, например, солнечный луч б дифрагирует на пропускающей объемной голограмме в слое 2 и входит в пластину под углом полного внутреннего отражения материала этой пластины. После отргокения на нижней поверхности пластины луч б пересекает объемную голограмму (светочувствительный слой 2),и претерпевает полное внутреннее отражение на границе объемная голограмма воздух. При этом он отражается в направлении, которое отличается от направления вошедшего в объемную голограмму в этой точке и дифрагировавшего ма ней солнечного луча 7 на угол 5 . Луч 7 удовлетворяет условию Брэгга и для него дифракционная эффективность объемной голограммы максимальнаи может достигать-100% , Угол 8 превышает, угловое отклонение от угла Брэгга, при котором дифракционная эффективность объемной голограммы на этом участке равна нулю, поэтому отраженный луч 6 не меняет своего направления и после ряда переотражений выходит из торца пластины. Аналогично концентрируются другие лучи плоскопаргшлельного потока светового, например солнечного, излучения. Требуелщй угол S обеспечивается выбором толщины пластины при заданной геометрии расходящегосяпредметного пучка 4, участвовавшего в образовании объемной голограммы.

Аналогичным образом работает кон-г центратор светового излучения с отражательной объемной голограммой, записанной в светочувствительном слое, нанесенном на нижней поверхности оптического элемента 3, выполненного в виде прозрачной плоскопараллельной пластины. При этом ввод расходящегося предметного пучка 4 в оптический элемент 3 под углом полного внутреннего отражения осуществляется с помощью известных средств, например посредством вспомогательной призмы и слоя иммерсионной жидкости.

В любом из описанных случаев в зависимости от геометрии расходящегося пучка в процессе образования объемной гологра1 о ы световое излучение можно концентрировать на двух и более торцах пластины, на части торца или в произвольной точке пластины. Кроме того, поскольку объемная голограмма обладает спектральной селективностью то в зависимости от условий ее образования может концентрироваться определенная область солнечного спектр

Направление каждого луча расходящегося предметного пучка 4 в оптический элемент 3 под углом к светочувствительному слою 2, большим угла полного внутреннего отражения материала оптического элемента 3, обеспечивает запись такой объемной голограммы, которая впоследствии, преобразует падающий на концентратор 1 поток плоскопараллельного светового излучения в расходящийся внутри оптического элемента 3 с возможностью многократного переотражения за счет эффекта полного внутреннего отражения и тем самым концентрируемый поток светового излучения.

При этом толщина выполненного в виде пластины оптического элемента 3 связанная со степенью расходимости соседних лучей предметного пучка 4 при записи, обеспечивает нулевую дифракционную эффективность объемной голограммы для потока переотраж-аемог светового излучения.

Таким образом, происходит концентрация светового излучения практически без потерь, а именно без рассеивания и тепловыделений, что, в свою очередь, повышает коэффициент концентрации .

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАТОРА СВЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ГОЛОГРАФИЧЕСКИМ МЕТОДОМ, включающий запись интерференционной картины в светочувствительном слое, нанесенном на оптический элемент, путем направления на него расходящегося предметного и опорного плоскопараллельного пучков лазерного излучения, о т л и ч a ющ и и с я тем, что, с целью повышения коэффициента концентрации при выполнении оптического элемента в виде прозрачной плоскопарсшлельной пластины, каждый луч расходящегося предметного пучка направляют на оптический элемент под УГЛОМ к светочувствительному слою, большим угла полного внутреннего отражения материала п оптического элемента.S