Интерференционно-поляризационный фильтр Советский патент 1987 года по МПК G02B5/30 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к технике спектрального анализа, и может быть использовано для се- света данной длины волны при спектральных исследованиях в физике, астрофизике, астрономии, квантовой электронике и т.д.

Цель изобретения - уменьшение температурной нестабильности положения полосы пропускания при ее перестрой-- ке.

На фиг.1 изображено выполнение интерференционно-поляризационного фильтра, на фиг.2 - зависимость температурного изменения волновой разности хода AN/ лТ одной ступени фильтра от длины волны Д. I

Фильтр содержит по крайней мере

одну ступень, которая в свою очередь содержит два частичных поляризатора 1 и 2, выполненных, например, в виде стопы четырех пластин из плавленного кварца толщиной 1 мм и установленных под углом Брюстера V к

т ,БР

оптической оси 3 фильтра параллельно друг другу, и размещенные между ними основную двулучепреломляющую кристаллическую пластину 4, вырезанную, например, из кристалла исландского шпата параллельно кристаллоп- тической оси Z толщиной 11, 127 мм,дополнительную двулучепреломляющую кристаллическую пластину 5, вырезанную, например, из кристалла дигид рофос- фата аммония параллельно кристалло- оптической оси толщиной 0,064 мм (ввиду малости толщины состоит из двух пластин, разность толщин которых равна 0,064 мм и которые ориентированы на вычитание волновых разностей хода), и вторую дополнительную двулучепреломляющую кристаллическую пластину 6, вырезанную,например , из кристалла дигидрофосфата калия параллельно кристаллооптичес- кой оси толщиной 10,531 мм, установленные под углом Брюстера к оптической оси 3 фильтра с возможностью син- хроннного поворота вокруг нормалей 7 к их поверхностям, а также иммерсионный контакт 8, в качестве иммерсии которого используется жидкость ПЭС-В с показателем преломления п 1,51, необходимого для устранения многолучевой интерференции между пластинами 4-6. Узел между кристаллооптической осью Z кристалла у

пластины 4 и кристаллооптическими осями Z кристаллов у пластин 5 и 6 равен 90.

При зтом толщины дополнительных пластин 5 и 6 определяются из соотношений

Г QM Qb2+Qi3 Qs -Qiii Q33 -Q,i Qii .

Qi Qga-Q Q.-Qz, QaA,

pQi3Qub-Qi2Qi3-Qii (bi (D

Q.aQьз-Q..Q.-Qa.Qз -QaгQз1

где C, tj, tj - толщины основной 4 и дополнительных 5

и 6 кристаллических пластин, Q. . - термооптические

коэффициенты материалов 1-й пластины

на j-й длине волны, определяющие изменение волновой разности хода на 1 мм

толщины при изменении температуры на 1°С.

Фильтр работает следующим образом.

Пучок света частично поляризуется в плоскости падения на поляризатор 1 и кристаллические пластины 4-6. Волна, поляризованная в плос кости падения, проходит без потерь, тогда как волны с другими поляризациями частично ослабляются. Болна, поляризованная в плоскости падения, разделяется в пластине 4 на две компоненты: обыкновенный и необыкновен- ный лучи. Обыкновенный луч поляризован в главной плоскости кристалла пластины 4, а необыкновенный - в перпендикулярной к ней плоскости. В пластинах 5 и 6 обыкновенный луч ста- новится необыкновенным, необыкновенный луч обыкновенным, так как главная плоскость кристалла пластин 5 и 6 составляет угол 90 с главной плоскостью кристалла пластины 4. Состояние поляризации, выходящей из пластины 6 волны, зависит от разности фаз между указанными компонен- тами. На выходе кристаллической пластины 6 поляризатором 2 колеба- НИН обоих пучков приводятся в плоскость падения. В результате интерференции этих пучков, минимальными потерями обладает фильтр для света с такими длинами волн, для которых

пластины 4-6 суммарно являются цело- волновой фазовой пластиной.

Для света с другими длинами волн имеются потери на брюстеровских поверхностях пластины 6 и поляризато- ра 2. Поворотом фильтра вокруг нормали к поверхностям пластин осуществляется перестройка максимумов пропускания фильтра.

В видимой области спектра коэф- фициент перестройки фильтра dA/de имеет величину порядка.30 А/град.

Измеряют изменение волновой разности хода ступени от температуры в интервале 20-40°С для трех длин волн, А: Д, 4861, 2 5461 и Л 6563. Компенсация ступени (uN/uT 0 проводится для длины волны (2Как видно из кривой 9 (фиг.2) благодаря выполнению условий (1) спектральный интервал, в котором дК/дТ не превышает допустимой величины ±0,001 град примерно равен 1000 А. В то же время для тер- мокомпенсированной ступени,состоящей из двух пластин (исландского шпата и дигидрофосфата аммония) с таким же значением волновой разности хода,спектральный интервал, в котором -;;г iO,001 град , примерно рач д

вен 100 А (кривая 10, фиг.2). J Ступень с такой же величиной волновой разности хода, но изготовленная из одной шпатовой пластины,т.е. без термооптическойкомпенсации,при изменении температуры в том .же интервале имеет величину &N/&T 0,27; 0,24; 0,20 длинах волн А, , А и И, соответственно.

Формула. изобретения

Интерференционно-поляризационный 45 фильтр, содержащий по крайней мере

0

5

0

5 0

5

5

одну ступень, включающую два частичных поляризатора и размещенную между ними двулучепреломляющую кристаллическую пластину, установленные под углом Брюстера к оптической оси фильтра с возможностью поворота вокруг нормалей к поверхностям пластин, отличающийся тем, что, с целью уменьшения температурной не- стабильности положения полосы про- 1 пускания при ее перестройке, по крайней мере в одну ступень с наибольшей волновой разностью хода введено дополнительно еще две двулучепрелом- ляющие кристаллические пластины,установленные между основной пластиной и выходным поляризатором ступени под углом Брюстера к оптической оси фильтра с возможностью синхронного с основной пластиной поворота, причем толщины дополнительных пластин определяются из соотношений

р р QnQ Aa+Q.3Qb2-Qi2Q2,3-Q,7Q5i . Q.2Q...-Qa,Q3rQ.iQ3,

р Р Qi3Qa-2 Q gQ 3, i Q gg Qia Q-Z-T

Qa2Q33-Q.bQ3, QSS-Q.QSI

где tj, Bj, , 63 - толщины основной и дополнительных кристаллических пластин; Q,. - термооптические

коэффициенты материалов i-й пластины на j-й длине волны, определяющие изменение волновой разности хода на 1 мм толщины при изменении температуры на 1°С,

а угол между их кристаллооптическими осями и кристаллооптической осью

основной пластины равен 90.

JAL ЛГ

грод 0,005

0,000

-0.005

4500

50005500

фиг. 2

9

.....д,

GOOO 6500 ЛJ

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к технике спектрального анализа, и может быть использовано для селекции 1 света данной длины волны при спектральных исследованиях. Целью изобретения является уменьшение температурной йестабильности положения полосы пропускания при ее перестройке. Между двумя частичными поляризаторами 1 и 2, установленными под углом Брюстера к оптической оси 3, размещены под тем же углом три двулучепреломляющие кристаллические пластины 4, 5 и 6 с возможностью синхронного поворота вокруг нормалей 7 к их поверхностям. Между пластинами находится иммерсионный контакт 8 с показателем преломления, приводящим к устранению многолучевой интерференции между ними.Пластина 4 делит падающую волну на две компоненты.Разность фаз между компонентами определяет состояние поляризации волны, выходящей из пластины 6. Поляризатор 2 приводит колебания обоих пучков на выходе из пластины 6 в плоскость падения. Приведены соотношения, из которых определяются толщины .пластин 5 и 6. 2 ил. i (Л Ю 00 со О) ff 8 CfiUS.f

Редактор М. Бланар

Составитель В. Кравченко

Техред В.Кадар Корректор Е. Сирохман

Заказ 7262/43 Тираж 522Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4