Оптический фильтр Советский патент 1987 года по МПК G02B5/30 

фи./

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в приборах, предназначенных для-монохроматизации падающего излучения, селекции света определенной длины волны, в квантовой электронике, астрофизике, космических системах связи, в устройствах контроля чистоты окружающей среды и в других областях прикладной оптики, где требуется получение излучения высокой степени монохроматизации, Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем выделения либо одной, либо двух длин волн.

На фиг. 1 представлена оптическая схема фильтра; на фиг. 2 и 3 - спектры его пропускания при двух различных положениях кристаллической пластинки.

Оптический фильтр состоит из двух скрещенных поляризаторов 1, 2 и расположенной между ними плоскопараллельной пластинки 3, вырезанной из двулучепреломляющего гиротропно- го кристалла симметрии 42 m па рал- лельно его оптической оси и под углом к плоскости (100) кристалла, имеющего изотропную точку А „. Оптическая ось пластинки 3 ориентирована параллельно направлению поляризации одного из поляризаторов 1,2. Пластинка 3 установлена с возможностью разворота на угол Ч 31 вокруг оптической оси 4 кристалла в направлении часовой стрелки в правой системе координат, совпадающей с его кристаллографическими осями, из положения (f 0 ), при котором пластинка 3 параллельна поляризаторам 1,2, Толщина d пластинки 3 определяется из соотношения

,684P, , (1)

Т (/Л ч)

+ С Аь (Д,о,о) j 5п(Д,о,о)соз2СН Ч ) ;

Ч - угол в плоскости (001) между направлением, определяемым углом V и- направлением распространения излучения;

где

РС

5

0

5

величина удельного вращения плоскости поляризации излучения с длиной волны j , в кристаллограс -ическом направлении LlOO.

Работа фильтра заключается в следующем.

Излучение, падающее нормально на поверхность фильтра ( ), проходит через поляризатор 1. После его прохождения оно становится поля ризован- ным параллельно направлению поляризации этого элемента. Поскольку угловая зависимость величины удельно- го вращения в плоскости (001) кристалла симметрии 42 m описывается вы - ражением

(f,,,(} }cos2, (2)

где А - длина волны излучения;

Ф - угол между кристаллографической осью 1001 и направлением луча света в плоскости (001),

а толщина d пластинки 3 - выражени-, ем U) , на длине волны обеспечи- Бается поворот плоскости поляриза

ции на

ЗГ угол 2

т.е. после прохождения этой пластинки плоскость поля- ризации излучения с длиной волны Д окажется параллельной направлению -, поляризатора 2. Поэтому излучение этой длины волны будет пропущено элементом 2.

Изменение величины пропускания 40 фильтра, построенного на кристалле, .вырезанном под .некоторым углом Ч к плоскости (100), в зависимости от ула падения Ч излучения на поверхность фильтра описывается выражением

(3)

&ь(Лоо) неличина линейного двулуче- преломления кристалла в направлении 100 1 при нормальном падении излучения на

кристалл, т.е. при

и б г,(/1,ос) величина циркулярного двулучепреломления кристалла

и ..

При этом угол определяет направление распространения излучения внутри кристалла. Он выражается через соответствующий угол f падения излучения на фильтр как

.„ . г sinV. ,

Ф агсз1п1 -рд-j,

(4)

где п(| ) - показатель преломления кристалла на длине волны „ .

Из соотношения (З) так же как и из выражений (; l) и (2) следует, что пропускание системы 1-3-2 на длине волны }( равно

TU,, 35%0) 1.

В то же время для излучения с длинами волн,отличными от , возни кает линейное двулучепреломЛение кристалла, которое приводит к резко му уменьшению пропускания системы 1-3-2 в спектральной области вне изотропной точки. Полуширина л А ,(2 выделяемого системой 1-3-2 спектралного контура, т,е. селективность фи.пьтра. равна

,55 ° JTbi

(5;

. /ddn, гдео(---; а/

скорость изменения дву- лучепреломления дп при прохоящении через Д -А . Она в 2,92 раза превьш1ает селективность фильтра, совпадающего с прототипом.

При повороте.пластинки 3 на угол вокруг оптической оси 4 кристалла в направлении движения часовой стрелки в правой системе координат, связанной с осями кристалла, пропускание системы 1-3-2 на длине волны А будет равно

О,

Т(Д , 35%ЗГ )sin -0.

Анализ спектральной характеристики фильтра показывает, что при этом система 1-3-2 вьщеляет излучение с длинами волн А и А, спектральное положение которых определяется выражением

1 1 -0,685

О

/1,й +0,685

J р

.Р. л

Поляризаторы 1 и 2 при этом могут находиться либо в прежнем положении, либо быть повернутыми на угол 31° в том же направлении, что и пластинка 3.

Полуширина йЛ каждой из двух выделяемых линий на выходе поляризатора 2 равна

дИ:,. 0,490

li

Jt с/.

(7)

20

25 30 35

40

45

0

5

Выражение (7) определяет селективность фильтра, которая в 3,26 раза превышает селективность фильтра, совпадающего с прототипом.

Пример. Рассмотрим оптический фильтр, состоящий из двух скрещенных по ляризаторов и расположенной между ними плоскопараллельной кристаллической пластинки, вырезанной параллельно оптической оси под угломН ЗЗ к плоскости (ЮО) из монокристалла тиогаллата серебра AgGaS . Тиогаллат серебра - одноосный гиротропный кристалл симметрии 42 т- характеризующийся следующими параметрами: А 4974 у,р 522 град/мм, d , К , Толщина кристаллической пластинки составляет d 0,504 мм. Указанный фильтр выделяет при нормальном падении излучения на поверхность кристаллической пластинки спектральную линию, локализованную на длине волны А , Полу01ирина выделяемой линии или селективность фильтра на составляет й, 4,2 А. При повороте кристаллической пластинки или всего фильтра на угол(ЗГ вокруг оптической оси кристалла в направлении, совпадающем с направлением движения часовой стрелки в правой системе координат, связанной с осями кристалла, фильтр ВЕ-1деляет две спектральные линии, локализованные яа длинах волн ,4969 А и А. Полуширина каждой линии или селективность фильтра по каждой ия линий,согласно С7) , составляет до(. 3,8 X.

1(3

Формула изобретения

Оптический фильтр, содержащий два скрещенньгх поляризатора и распо51

ложеннуто между ними плоскопараллель ную пластинку, установленную параллельно поляризаторам и вырезанную из двулучепреломляющего гиротроп- ного кристалла с изотропной точкой параллельно его оптической оси, которая в свою очередь ориентирована параллельно направлению поляризации одного из поляризаторов, о т- личающийся тем, что, с це лью расширения функциональных возможностей за счет вьщеления либо одной, либо двух длин ;волн, плоскопараллельная пластинка вьфезана из кристалла симметрии 42 m под углом 35 к плоскости (100) и установле f O

ff

фиг: 2

Составитель В.Кравченко Редактор М.Бандура Техред В.Кадар,Корректор С,Шекмар

Заказ 7435/44 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

2836846

на с возможностью разворота на угол 31° локруг оптической оси кристал ла в направлении часовой стрелки в

правой системе координат, совпадаю-. 5 щей с его кристаллографическими осями, причем толршна d пластинки определяется из соотношения

fO

,684p ,

где Р - величина удельного вращения плоскости поляризации излучения с длиной волны изотропной точки кристалла в J5кристаллографическом направлении liooi.

Я, 71 г .3

Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет распирить функциональные возможности путем выделения либо одной, либо двух длин волн. Фильтр содержит рас- i поло}кенную между скрещенными поляризаторами 1 и 2 плоскопараллельную пластинку 3, вырезанную из кристалла симметрии 42 m под углом 35 к плоскости (100). Пластинка 3 установлена с возможностью разворота на угол 31° вокруг оптической оси А кристалла в направлении часовой стрелки в правой системе координат, совпадающей -с его кристаллографическими осями. После прохождения пластинки 3 плоскость поляризации излучения, падающего нормально на поверхность фильтра, будет пара.плельной направлению поляризации поляризатора.2, 3 кл. )f CJ Г INO 00 tA3 tos 00