Оптический фильтр с перестраиваемой шириной полосы пропускания Советский патент 1985 года по МПК G02B5/30 

f1 Изобретение относится к технике оптического приборостроенияj а именно к интерференционно-поляризаци онным фильтрам, применяемым для анализа спектров оптического излучения, и может быть использовано в астрофизической практике в случаях необходимости плавного изменения ширины полосы фильтрации в ишроких пределах, например, для согласования с полосами излучения ОКГ на красителях, т.е. монохроматизации излучения Известен оптический интерференционно-поляризационный фильтр Вуда, выполненньм в виде плоскопараллельной двулучепреломляющей кристалличес кой пластины, помещенной между двумя поляризаторами, оси которых обычно устанавливаются взаимно параллельно, а оптическая ось кристаллической пластинки составляет с ними угол 45° l . Недостатком фильтра Вуда является в частности, его малая угловая апертура - наибольшая допустимая расходимость пучка, как правило, не превьшхающая 1 . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является оптический фильтр с перестраиваемой шириной полосы пропускания, содержащий расположенные последовательно поляризатор, оптически активный крис таллический элемент с точкой инверси в дисперсии линейного двулучепреломления, оптическая ось которого парал лельна направлению пропускания элект ромагнитных колебаний поляризатора, а также анализатор, направление пропускания электромагнитных колебаний которого перпендикулярно аналогичном направлению поляризатора или параллельно этому направлению. В этом уст ройстве, известном как фильтр Генри, кристаллический элемент также выполнен в виде плоскопараллельной пластинки. Такой фильтр является широкоапертурным и имеет единственную пропускаемую, в случае перпендикулярнос ти осей поляризаторов, или блокируемую, в случае их параллельности, узкую спектральную полосу с центром при длине волны точки инверсии. Точкой инверсии называется длина волны света, при которой линейное двулучепреломление равно нулю. Перестройка указанного фильтра по спектру и управ ление спектральной шириной его поло21сы может осуществляться путем изменения температуры, химического или стехиометрического составов кристаллического элемента и путем приложения к нему внешних электрического или механического полей. Кроме этого, спектральная ширина полосы фильтра зависит также от толщины кристаллической пластинки 2 . К недостаткам данного фильтра относится сложность его внешнего аппаратурного оснащения. Например, управление параметрами фильтра с помощью температуры связано с размещением кристаллического элемента в термостате, обладающем способностью с определенной степенью точности стабилизировать температуру. При этом переход от одной температуры к другой, приводящий к изменению указанных па раметров фильтра, является весьма инерционным процессом. Управление параметрами фильтра с помощью электрического и механического полей связано соответственно с применением высоковольтных источников и сложных механизмов передачи контролируемой механической нагрузки и т.д. Цель изобретения - упрощение конструкции фильтра. Поставленная цель достигается тем, что в оптическом фильтре с пере- страиваемой шириной полосы пропускания, содержащем расположенные последовательно поляризатор, оптически активный кристаллический элемент с точкой инверсии в дисперсии линейного двулучепреломления, оптическая ось которого параллельна направлению пропускания электромагнитных колебаний поляризатора, а также анализатор, направление пропускания электромагнитных колебаний которого перпендикулярно аналогичному направлению поляризатора или параллельно этому направлению, кристаллический элемент вьшолнен в виде изогнутой пластинки с коаксиальными цилиндрическими поверхностями и установлен с возможностью поворота вокруг общей оси этих поверхностей, которая параллельна оптической оси элемента и проходит через оптическую ось фильтра, а перед кристаллическим элементов размещена щелевая диафрагма, ориентированная вдоль указанной оси цилиндрических поверхностей. На фиг. 1 представлена оптическая схема фильтра; на фиг. 2 - ориентаци и форма кристаллического элемента, изготовленного из AgGaSn (симметрия 42 та); на фиг. 3 - спектры пропускания действующего фильтра для ряда фиксированных углов (j разворота крис таллического элемента вокруг оси цилиндров. Оптический фильтр содержит расположенные последовательно поляризатор 1, щелевую диафрагму 2, оптически активный кристаллический элемент с точкой инверсии Л . в дисперсии линейного двулучепреломления и анализа тор 4. При этом поляризатор 1 и анализатор 4 либо скрещены (пропускаема полоса), либо установлены на полное пропускание (блокируемая полоса), а оптическая ось (на фиг. 2 ) элемента 3 параллельна направлению пропускания поляризатора 1. Сам крис таллический элемент 3 выполнен в виде изогнутой пластинки с коаксиальными цилиндрическими поверхностями и установлен с возможностью плавного поворота вокруг общей оси 001 этих поверхностей, которая проходит через оптическую ось фильтра. В качестве поляризаторов 1 и 4 используются приз мы Глана или поляроидные пленки. В качестве щели 2 служит стандарт ная приборная спектральная щель типа УФ-2 (можно применять щели и более простой конструкции). Щель установлена параллельно оси коаксиальньк цилиндров, образующих поверхности кристаллического элемента 3, и служит для отсечения периферийных лучей светового потока, которые отклонены от нормали к поверхности этого элемента и создают фон. Поскольку фильтры Генри являются широкоапертурными, то нет необходимости в строгих ограничениях ширины раствора щели, оптимальная его ширина определяется без особых затруднений опытным путем. Чем больше кривизна поверхностей кристаллического элемен та 3, тем уже ширина щели, и наоборот. Для изготовления элемента 3 мож но использовать известную технологию формирования цилиндрических поверхностей у соответствующего класса линз . Выбор размеров кристаллического элемента, кривизны ограничивающих его поверхностей и ориентации относительно кристаллофизической системы 214 координат определяются величиной двулучепреломления кристалла, его симметрией и пределами измерения спектральной ширины фильтра. Изготовленный из кристалла AgGaS элемент (фиг. 2) имел следующие размеры ,5 мм, мм, ,5° . Для AgGaS (при комнатной температуре) А. Физический механизм работы предложенного фильтра тот же, что и у фильтров Генри, пропускание которых объясняется в предложении об эллиптической поляризации собственных волн кристалла в окрестности точки инверсии. Для измерения спектральной ширины полосы фильтра, т.е. расстояния ДЛ между ближайшими минимумами, ограничивающими центральный максимум, кристаллический элемент 3 вращает вокруг оси цилиндрических поверхностей. При этом (фиг. 3) интерференционные минимумы, ограничивающие центральную по- лосу, сходятся (или расходятся при изменении направления вращения) относительно центра полосы, изменяя тем самым ее спектральную ширину. Этот эффект объясняется тем, что величина Д7| является функцией дополнительного двулучепреломления кристалла Л п, которое может быть обусловлено различными механизмами. Например, может быть индуцировано макроскопическими внутрикристаллическими полями, внешними механическим или электрическим полями, либо связано с естественным эффектом оптической активности. В последнем случае величина и пх- зависит от направления волнового вектора относительно кристаллофизической системы координат. Так, для кристаллов, принадлежащих к классу симметрии 4,2 га, например Ag GaS, максимальная величина Лпх достигается в направлениях 100 и 010, а в направлениях iinO 110 и СООЪ имеет нулевое значение. Управление спектральной шириной пропускания фильтра путем изменения дополнительного двулучепреломления изменении направления волновой нормали, является не только более простым, но и более целесообразным, чем с помощью внешних электрического или механического полей, так как в последнем случае величина индуцированного изменения двулучеплеломления обычно на несколько порядков ниже, что ограничивает пределы изменения спектральной ширины фильтра , Например в Ар, GaSg lung- может изменяться в пределах от О в направлении 110 до 1, направлении ;100. Индуцированное же изменение Ьп внешними

полями при их реально допустимых величинах имеет порядок ,

Таким образом, использование изобретения обеспечивает по сравнению с прототипом упрощение управления шириной полосы пропускания фильтра и расширение диапазона изменения этой ширины.

ОПТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР С ПЕРЕСТРАИБАЕМОЙ ШИРИНОЙ ПОЛОСЫ ПРОПУСКАНИЯ, содержащий расположенные последовательно поляризатор, оптически активный кристаллический элемент с точкой инверсии в дисперсии- линейного двулучепреломления, оптическая ось которого параллельна направлению пропускания электромагнитных колебаний поляризатора, а также анализатор, направление пропускания электромагнитных колебаний которого перпендикулярно аналогичному направлению поляризатора или параллельно этому направлению, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции фильтра, кристаллический элемент выполнен в виде изогнутой пластинки с коаксиальными цилиндрическими поверхностями и установлен с возможностью поворота вокруг общей оси этих поверхностей, которая параллельна оптической оси элемента и проходит S через оптическую ось фильтра, а перед кристаллическим элементом размещена щелевая диафрагма, ориентированная вдоль з азанной оси цилиндрических поверхностей.