Поляризационная монопризма Советский патент 1988 года по МПК G02B5/30 G02B5/04 

(Л

4;

ьо

о

ел

00

Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет увеличить угловое поле зрения устр-ва. Монопризма I выполнена из одноосного кристалла, оптическая ось которого ориентирована перпендикулярно ребрам монопризмы I и под углом к ее в.ходной грани 2. Показатель, преломления необыкновенного луча в кристалле превьппает показатель преломления обыкновенного луча. Перед входной гранью 2 монопризмы 1 под углами к ней и параллельно ее ребрам размен1ены зеркала 8, 9, обеспечивающие соосность входящего и выходя- niero пучков. I з. п. ф-лы, 2 ил.

СРиг. 2

Изобретение относится к поляризационным элементам поляризационо-оптических Чистем и приборов, а именно к поляризационным монопризмам из двупреломляющих кристаллов.

Цель изобретения - увеличение углового поля зрения монопризмы, а также обеспечение соосности выходящего и входящего пучков.

На фиг. 1 схематически представлена предлагаемая поляризационная монопризма |с ходом лучей, главное сечение; на фиг. 2 - ;конструкция устройства, обеспечивающего iCoocHOCTb выходящего и входящего пучков. : Поляризационная монопризма 1, откло- :няющая поляризованный световой пучок на прямой угол относительно направления входящего неполяризованного пучка и обладающая минимальными потерями на отражение, выполнена из одноосного кристалла с показателем преломления необыкновенно- ; го луча большим, чем показатель преломле- ; НИИ обыкновенного луча, например, из крис- i талла каломели Hg2Cl2 и ограничена сосед- ; ними входной 2 и выходной 3 преломляющими, отражающей 4 и нерабочей 5 гранями. При этом оптическая ось Z кристалла ориентирована перпендикулярно к ребрам призмы 1 и под углом ae arctg() к ее входной

f грани 2, а углы между гранями призмы и их

щирина определяются в соответствии с соот- нощениями:

Л :90°-a,-fi3e; ,+i2c.; С 90°-ао;

d BD cospi

АВ

АВ cos(BC D smBsin(i3i +Pi-с е) А В cos(S-рГ)со5фо АС sinBsinH + Pi -фо) ЛВ созСВ -рГ)со5фо

arctg(i-)

arcsin (i-) Пе

arctg()

Tip

-arrtD-l -

-arctgLЛ и S- углы, образуемые входной гранью 2 с выходной 3 и отражающей 4 гранями, соответственно; С- угол между выходной 3

и нерабочей 5 гранями;

BD,CD,AC -ширина входной 2, отражающей 4, нерабочей 5 и выходной 3 граней соответственно;

-угол, дополнительный до 90° к углу Брюстера для необыкновенного луча е;

-угол полного внутреннего отражения обыкновенного луча 0;

-угол падения необыкновенного луча 0 на отражающую грань 4;

-угол падения необыкновенного луча GF на выходную грань 3;

1420578

5

0

5

0

5

0

5

0

5

p .arcsin - -yn Мр„„

угол преломления осевого луча 6 наклонного параллельного полевого пучка на входной грани 2;

;i p5 arctg«(. - угол падения луча 7 центрального светового пучка на входную грань 2; р Ре-arcsin{ttcSin ae+/2f-

-arcsin(cos(t2c-сра+1зе)} -

угол отклонения луча 6

наклонного параллельного пучка от осевого луча 7 центрального пучка на входной грани 2;

По, Пс - обыкновенный и необык- венный показатели преломления кристалла; d - входная апертура призмы (ширина/диаметр) входящего светового пучка.

Поляризационная монопризма может быть дополнительно снабжена двумя зеркалами 8 и 9, установленными перед входной гранью 2 призмы 1 параллельно ее ребрам под углами {67,5-а) и (112,5-а) к указанной входной грани. При этом элементы 8, 9, 1 закреплены в корпусе 10, установленном с возможностью вращения вокруг общей оси входящего и выходящего пучков.

Для пояснения работы монопризмы 1 рассмотрим ход осевого луча 7 центрального неполяризованного пучка, падающего на входную грань 2 призмы 1 под углом Брюстера ii-Pe arctgrte при ориентировке оптической оси Z кристалла с перпендикулярно преломленному необыкновенному лучу EG с углом преломления г (,90° - ре ае. Обыкновенный луч, изображенный пунктиром на фиг. 1, преломляется на входной грани 2 с другим углом преломления Jio arcsin(sinpe/no)arcs n(cosae/no), т. е. отклоняется от необыкновенного луча EG на угол ). Углы падения на отражающую грань 4 этих лучей, расходящихся под углом Л/ь разные: i-2e и . При условии отраженный луч GF становится обыкновенным и угол падения Ь необыкновенного луча G определяется из закона двулучеотражения

neSmJ2(.nnSinf2e noCOS 2j.,

(1)

(0,1е Вследствие

/„ arctg().

того, что

углы отражения

лучей разные; /2o i2o i2e-А/ , J2f 90°-Ье, угол расходимости после их отражения от грани 4 увеличивается и становится равным:

Л12 4-i2 o 90° , -Д(|. (2)

Углы их падения на выходную грань 3 определяются из условий перпендикулярности входящего 7 и выходящего 11 лучей, а также падающего EG и отраженного GF лучей на отражающей грани 4, из которых следует очевидное равенство углов отклонения у и 7 преломленных лучей на входной 2 и выходной 3 гранях от падающих на них лучей ,-г{,90°-2а..

С учетом этого равенства из закона преломления луча GF на выходной грани nosint3(r sin/3 определяются

/3e arctg ; iL arcsin(rtosin«3;)

(

И С учетом равенства (2) i30 «3e-A/2; /3o arcsin(nasin/3o). (4)

Следовательно, в соответствии с (4) и (3) угол расходимости поляризованных лучей 11 и 12, выходящих из призмы, равен

д / IT

(30. (о)

Из рассмотрения хода наклонных к центральному осевому лучу 7 осевых лучей 6 и 13 полевых параллельных пучков легко заметить, что предельные углы их наклона в , р определяются при заданных -/i(Xp, Р 90°-/з из расчетов хода луча 13 в прямом и луча 6 в обратном ходе. При этом

Э гзс-arcsin{rtosm i3f- L+

+arcsm(sm(ae+i2e- e)}, (6)

а выражение для р было указано.

Пример. Для конкретного примера выполнения поляризационной монопризмы из кристалла каломели HggCU с ,621; По 1,962 по приведенным формулам для определения А, В, С, АВ, BD, CD i AC, а также (1-6) вычислены параметры и соотнощения: ,12°; г;.а,22,88°; ,44°; Аг,,56°;

г2,36,82°; ,18°; ,26°; ,92°;

/з.29,92°; ,16°; ,83°; ,33°;

,04; ,70°; ,36°; ,61; ,84°; ,88°; в 14,30°; ,3565; 11-1Л76; 1,233, ,61.

В монопризме из кристалла каломели начальный угол расходимости ортогонально поляризованных лучей «о и «е ,56°. Он существенно возрастает до величины ,92° после отражения от отражающей грани и в е ще более значительной степени увеличивается после преломления их на выходной грани ,33°, что обеспечивает больщое угловое поле зрения призмы на входе p-f ,49° и на выходе +6 26,17°. Область светопропускания кристалла каломели простирается от видимой в инфракрасную до длины волны 20 мк.

Формула изобретения

5 и под углом af arctg() к ее входной грани, а углы между гранями призмы и их ширина определяются в соответствии с соотношениямиЛ 90°-а.+/з,; .,+1 ,, С 90°-сро;

,.

3iwie fB c«(6-A r

CD sin5sin(/3f4-Pi -о,) . АВ cos(S-PI) coscp AC 51пВ51п(Л + р|-Фо)

7Шcos(B -Р|)со5фо

где Л и В - углы, образуемые входной гранью с выходной и отражающей гранями соответственно; С - угол между выходной и нерабочей гранями;

а,.

- arctg(;);

Фо /гс

- arcsin(i-);

HO

- at-ctg();

fZc

-arctg °52 -Wo-slttWe

- arcsin

rii.tfftj-jB)i.

L44J

Ге

/i |3.

p

arctgn;.;

pf-arcsin{n.,,+/9,,-

5

0

-arcsin (cos(/2.-фо+/зе)}; По и rt,- обыкновенный и необыкновенный показатели преломления кристалла;

d - входная апертура призмы. 2. Монопризма -по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения соосности выходящего и входящего пучков, она дополнительно снабжена двумя зеркалами, установленными перед входной гранью призмы параллельно ее ребрам под углами (67,5°- -а.е) и (112.5°-а,.) к указанной входной грани.

13

/ X

X

1 / / / /

X

V

о

X

X

X

/

/

X

/

X

X

/ x4l

7J

Ч1 -ГТя

:±1/. Гj 7Г