Интерференционно-поляризационный фильтр Советский патент 1986 года по МПК G02B5/30 

Ы I X f JX-h

1 1

Изобретение относится к оптике, а точнее к интерференционно-поляризационным фильтрам, и может быть использовано при определении концентрации газов, содержащихся в атмосфере для целей охраны окружающей средя Цель изобретения - повьшшние точности определения концентрации газов в атмосфере путем цоочередного выделения двух триад длин волн, расположенных на одинаковом спектральном расстоянии друг от друга, и обеспечения равенства спектральных потоков, соответствующих триадам.

На фиг. 1 представлена схема расположения элементов фильтра (стрелками показана ориентация их осей); на фиг, 2-9 - спектральная картина излучения на выходе ступеней в

зави...

--

1,3,5 ЧР;,.

i

где Д. (,3,5) - длины волн, соответствующие первой выделяемой триаде; &/1 - расстояние между выделяемыми длинакк волн;

показатель двойного лучепр еломп екия кристаллических пластин 4 и 7 для длин волн Д . ;

середина выделяемого интервала длин волн;

наименьшее и наибольшее значения вы деляемых длин волн. Дпя отрезания далеко отстоящих нерабочих максимумов используется фильтр 8 предварительной монохрома- тизации, вьшолненный например, из стекла марки УФС-1,

Фильтр работает следующим образом В основной части 2 толщина 1 кристаллической пластины 4 одной из ступеней рассчитывается так, что три интерференционных максимума соответствуют заданным длинам волн Л,

А.

-А,

.Дз

и Д , а три интерфере1щионных минимума соответствуют длинам волн , Ад и А . Расчет ведется для длин Болн . , AJ и.Д , исходя из успозэк.я максимумов и заданного расстояния

СИМОСТИ от

ризатора.

положения выходного поля

Интерференционный фильтр содержит ступени, состоягще из входных и выходных поляризаторов 1 и плоскопарал - лельных двупреломпяющих пластин между ними, и выполнен из двух частей - основной 2 и дополнительной 3, Толг ди- ны пластин 4 основной части 2 кратны 1 с коэффициентом .кратности два, причем выходной поляризатор 5 ступени, содержа1цей пластину 4 толщиной 1, выполнен с возможностью вращения: вокруг оптической оси 6.

Толщины пластин 7 дополнительной части 3 кратны 1 с коэффициентом

кратности 1/2, Величины 1 и 1 оп

п

„ ь.

ределяются из

(1)

соотношений

а,( З Т

между длинами волн Л1, а именно с использованием выражения (l).

В начальном положении главные плоскости входного и выходного 5 поляризаторов этой степени параллельны, и интерференционная картина имеет вид, представл€;нный на фиг, 2,

При повороте выходного поляризатора 5 на 90 максимумы и минимумы интерференционной картины меняются местами, т.е. теперь проходящее излучение соответствует длинам волн f( , Д и Д, (фиг„ 3).

ц -,:-- 6-- .

Ступениэ толщины кристаллов в которых соответствуют выражению 1, 1 5 сужают ширину полосы про™ пускания основной части 2 до нужного значения (фиг. 4 и 5). На фиг. 6 и 7

показано результирующее пропускание f основной части 2 при двух полокениях выходного поляризатора 5.

Для обеспечения равенства суммарных потоков излучения, соответствующих обеим триадам длин волн, и подавления нерабочих максимумов вводятся дополнительные ступени (дополнительная часть 3 фильтра), которые рассчитываются так,- НТО один из интерференционных максимумов каждой кз tmx центрирован на середину рабочего

спектрального интерзала

..rJjL

причем толщина самой толстой К-ой пластины 7 дополнительной части 3 вычисляется.по формуле

к 7--Г- - Р--Т-

%, Л

(.) 1 dl

где л определяется положением ближайших нерабочих главных максимумов основной части 2 и рассчитывается по формуле

дЛ(А,+.) - (,--..).

Толщина пластины 7 калдой следующей степени дополнительной части 3 в два pasa меньше, чем предыдущая, Спектральное пропускание ступеней дополнительной части 3 показано на фиг. 8 и 9. Ка фиг, 8 штриховкой показано совместное действие ступеней основной 2 и дополнительной 3 частей.

Для обеспечения простоты конструкции ступень с поворотным поляризато- ром 5 располагается на краю схемы, Крайний поляризатор (входной или выходной в зависимости от того, на входе или выходе схемы расположена ступень) выносится из схемы и размещается, в отдельном устройстве.

Пример, Изготавливают и испытывают ИПФ, предназначенный дпя исследования концентрации озона з атмосфере. Все пластины изготавливают из кристаллического кварца. Фильтр вьщеляет поочередно две триадьг длин волн, соответствуюЕШх полосам наибольшего и наименьшего поглощения озона, нм

,Л,318,85 ,15

А 321,45 А

Д.-324,05 ..

,6 нм, ширина полос пропускания д 0,325 нм,,

I-4L:

,.. 322,75 А,325,35,

3/

,3,,F;.

3 4ft L

макс1 И 2

где , A.(,3,5) - длины волн, соответствующие первой вьщеляемой триаде;

расстояние между выделяемыми длинами ВОЛН|

показатель двойао1 л (л +4.)(д ) (1 - iesns. )

MaKcl h 2 2 i (А......аГ

50

дЛ,Л.и . я

i

МОКС Sf(

го луче кристал тин для середин интерва наимень значени длин во

В соответствии с расчетом 322,1 нм, f ---9,1 нм. Толщины пластин приведены в таблице.

Дополни10

15

20 5

0

0

Формула изобретения

Интерференционно-поляризационный фильтр преимущественно для определения концентрации газов в атмосфере, содержащий ступени, состоящие из входных и выходных поляризаторов и плоскопараллельных двупреломляющих пластин между ними, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения концентрации газов в атмосфере, он выполнен из.двух частей - основной, толщины пластин которой кратны I с коэффициентом кратности 2, причем вь1ходной поляризатор ступени, содержащий пластину толщиной I, выполнен с возможностью вращения вокруг оптической оси, и дополнительной, толп{ины пластин которой кратны 1 с коэффициентом крат ности I / .

и

Причем

д

А;ЭЛ

(д ) (1 - iesns. )

2 i (А......аГ

0

Л.и . МОКС Sf(

го лучепреломления кристаллических плас- тин для длин волн Д.- ; середина выделяемого интервала длин волн; наименьшее и наибольшее значения выделяемых . , длин волн.

Л/то

.ви J

Изобретение относится к оптике и монет быть использовано при определении концентрации газов, содержащихся в атмосфере, дпя целей охраны окружающей среды Фильтр выполнен из основной 2 и дополнительной 3 частей, каждая из которых содержит входные и выходные поляризаторы 1 и плоско- параллельные двупреломляющие пласти S 1 7 ц Г -J 1 Ч гпт тшпкт U ны между ними.-Толщины пластин 4 основной части 2 кратны 1 с коэффициентом кратности 2 и рассчитаны из условия, чтобы интерференционные мак- .симумы и минимумы соответствовали определенным длинам волн. Выходной поляризатор 5 выполнен с возможностью вращения вокруг оптической оси 6. Толщины пластин 7 дополнительной части 3 кратны I с коэффициентом кратности 1/2. Дополнительная часть 3 фильтра обеспечивает равенство суммарных потоков излучения и подавление нерабочих максимумов. Фильтр 8 предварительной монохроматизации ус- тановл ен для отрезания далеко отсто- ятцих нерабочих максимумов. Приведены соотношения, из которых определяются I и 1 (I - толщина кристаллической пластины 4, 1 максимальная толщина пластины 7). 9 ил. 1 табл. S СЛ / 4 ГС 00 4j о СЛ