Поляризатор света Советский патент 1988 года по МПК G02B5/30 

J

ZJ3

sffX

ю ел ел

Oi

Изобретение относится к оптичес- :ким элементам поляризационно-опти- ;ческих систем и приборов, а точнее к поляризаторам светового пучка.

Цель изобретения - снижение световых потерь и материалоемкости,, а так- ;же повышение технологичности и обеспечение полной СООСНОСТИ входящего неполяризованного и выходящего по- 1ляризованного пучков ; На фиГо1 представлена схема вьшол- нения поляризатора при , нап- |ркмер, из каломели, где п и п, - |показатели преломления кристалла для |необыкновенного и обыкновенного л у |чей соответственно; на фиг.2 - то же, |при По Пе5 например, из исландского |шпата.

I Поляризатор света содержит призму 1, выполненную в виде клина из двулу- ;чепреломпяющего кристалла, ограничен- ;ного входной 2 и выходной 3 полиро- ;ванными гранями. Главное сечение :призмы - клина 1 вьшолнено в виде трапеции. Большая ось эллипсоида показателей преломления кристалла ориентирована параллельно ребрам приз™

мы - клина 1, а полая - под углами и ( к входной 2 и выходной 3 граням клина 1 соответственно, где

/р arctg () , iT - угол между

.

входной 2 и выходной 3 гранями призмы-клина 1, пр - малый показатель преломления кристалла В случае, когда Пе. п„ , - Пр, п„ и р, л оптическая ось кристалла Z совпадает с большей осью эллипсоида показателей преломления кристалла (фиГоОо

другом случае, при

es

-Пр

Пе а оптическая ось кристалла Z совпадает с малой осью указанного э,ш1ипсоида (фиг,2). Входная 2 и выходная 3 грани клина 1 составляют с оптической осью 4 поляризатора углыоС н (f- f) соответственно о Малая нерабочая грань 5 призмы-клина 1, проходящая через малое основание трапеции, лежащей в главном сечении клина, ориентирована под углом (90 -с/р) к его входной грани 2. Угол рмежду гранями 2 и 3 и длина 1 призмы-клина 1 в направлении входной гра ни 2 определяются из соотношений

Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет снизить -световые потери и материалоемкость поляризатора, а также повысить его технологичность. Поляризатор содержит призму 1 в виде клина, главное сечение которого вьшолнено в виде трапеции. Большая ось эллипсоида по.казателей преломления кристалла призмы 1 ориентирована параллельно ее ребрам, а малая ось - под углами к входной 2 и выходной 3 граням призмы 1. Малая нерабочая грань 5 призмы 1, проходящая через малое основание трапеции, ориентирована под определенным углом k его входной грани 2. Падающий на грань 2 осевой луч светового пучка разделяется после преломления на обыкновенный и необыкновенный лучи. 1 з.п. ф-лы, 2 нл.

(.„..)

По

arcsin (-) 4f

ПаМ 1 +П р

1 h -™ d 5пр cosI p+5 )

(2)

п d

h

большой показатель преломления кристалла; световая апертура поляризатора;

минимальная толш;ина клина 1 в.направлении, перпендиДd

cosTo(p+fT

NTTT

при этом центром симметрии призм- клиньев 1 и 6 является точка с пересечения осевого луча пучка, выходящего из клина 15 с оптической ось 4 поляризатора.

Поляризатор работает следующим образом.

Осевой луч неполяризованного светового пучка (фиг,1), падающий на входную грань 2 первого клина 1 под углом Брюстера для обьисновенного луча о, равным n, разделяется после его преломления на этой грани на расходящиеся обыкновенный - о и необьжновенный - е лу

11

arcsin () - arctg (--)

пр. Р

(1)

кулярном его входной грани 2, выбираемая из конструктивных соображений. Поляризатор может содержать вторую призму-клин 6, идентичную первой и установленную центросимметрично относительно нее с зазором и между призмами 1 и 6, определяемым в соответствии с соотношением

Пр sin(°(f+y) /0-)

-J /

|arcsin ПР sin(afp+r)l () чи, углы преломления которых не равны между собой.

При выбранном согласно (1) угле клина Р преломленный на входной грани 2 обыкновенный луч о палает на грань 3 под углом, меньшим угла пол ного внутреннего отражения, а необыкновенный луч е - под углом, большим такого угла. Следовательно, обыкновенный луч преломляется и выходит из первого клина 1 в воздушный промежуток между клиньями 1 и 6, где он пересекает в точке с направление оптической оси 4. Поскольку второй клин 6 установлен относительно первого 1 центросимметрично с центром симметрии в точке Ср, как показано на фиг.1у поляризованный луч о выходит из поляризатора соосно с падающим 0+Е.

В то же время необыкновенный луч е, преломленный на входной грани 2, падает на грань 3 под углом, большим

продольного и поэтому испытьшает пол- Q пендикулярно его ребрам, а также

ное внутреннее отражение не только от грани 3, но и при последующих его многократных отражениях от обеих граней 2 и 3 клина 1, так как углы

также в том, что внешние грани клиего падения на эти грани прогрессив- ig плоскости грани 2 и под углом () но увеличиваются.к плоскости грани 3. Отличие состоит

Необыкновенные лучи е поляризованного пучка в клине.1, достигая нерабочей грани 7 и рассеиваясь на шлифованной, матовой плоскости этой гра- 2о I, выходит наружу или же поглощаетни,

ся в случае ее покрытия черной краской.

I

Следовательно, из поляризатора

выходит только пучок поляризованных обыкновенных лучей о, причем соосно с входящим пучком непол ризованных лучей о+е. Выполнение требования к углу между гранями 2. и 5 соотношений (2) о беспечивает полное согласование

ньев 1 и 6 наклонены по отношению к направлению оптической оси 4 устройс тва не под углом , , а под углом При этом для второго примера выполнения поляризатора применимы все соотношения, -вьшеденные для первого, но с заменой в них величин п на п 25 и (Х- о на ( . В результате соответст- вуюп;его расчета определены следующие параметры поляризатора, выпол-

30

ненного из кристалла исландского

шпата при Д 0,63 м О, It 46 и

d

изображенного на фиг.2,

и/ 4j tiv ii i-xnjjcui 1 iL4 jllTV rc; 1 jicxt,wo dnrati:.

геометрии клина 1 с ходом обыкновен- 7 74° -i-

)

ных лучей О в нем. Для клиньев из кристалла каломели (Hg С1 ) с п 2, 1,962 для Д 0,63 мк о для примера бьши вычислены параметры поляризатора: ,007 ; 2,557 ; Гмак.с, 3,636° и при заданном

Ь1 о

значении --- 0,1146- -д- 2,323;

-Г 0 Предельные углы j и отклонения осевых лучей наклонных пучков от осевого луча центрального пучка о+е (фиг.1), сумма которых соответствует угловому полю зрения поляризатора, определяются из условий полного виньетирования соответствующих наклонных пучков в поляризаторе

Для примера конкретного вьшолне- ния поляризатора из кристалла каломели значения указанных углов равны

,96% 4 1,96°; 2 4,92°.

Второй пример вьшолнения поляризатора света из одноосного кристалла с пе По - исландского шпата по35

J 2,048; 0,119; р 1, РА 1, 2 3,04.

Формула изобретения

45

ofp arctg () , - угол между

50

55

казан на фиг.2 с теми же обозначениями, которые приняты на фиг.1 для первого.

Отличие второго от первого состоит в том, что оптическая ось Z кристалла ориентирована в плоскости чертежа - в плоскости падения лучей на полированные грани 2 и 3 клина 1 перперпендикулярно преломленному на.

входной грани 2 необыкновенному лучу,

- 1 Тое. под угломс/е arctgC) к

также в том, что внешние грани кли

ньев 1 и 6 наклонены по отношению к направлению оптической оси 4 устройства не под углом , , а под углом При этом для второго примера выполнения поляризатора применимы все соотношения, -вьшеденные для первого, но с заменой в них величин п на п и (Х- о на ( . В результате соответст- вуюп;его расчета определены следующие параметры поляризатора, выпол-

ненного из кристалла исландского

шпата при Д 0,63 м О, It 46 и

d

изображенного на фиг.2,

.

7 74° -i-

)

35

J 2,048; 0,119; р 1, РА 1, 2 3,04.

Формула изобретени

fp arctg () , - угол между

входной -и выходной гранями призмы- клина, малый показатель прелом™ ления кристалла,, входная и выходная грани клина составляют с оптической осью поляризатора углы р и () соответственно, малая нерабочая грань призмы-клина, проходящая через маяое

1

основание трапеции, лежащей в главном сечении клина, ориентирована под углом 90 -оГр-к его входной грани, а угол 3 и длина призмы-клина в направлении входной грани 1 определяются из соотношений

1

П Td

rj(s,e Пд

; 3

i d

.rcsinC--) - arcsin(--f-prr-X arcsin(-) - arctg (-- ); eпдМ1 й р

.}.-. + .

dn

cos

(oiv-t-r)

2o Поляризатор no nd, о т л и - чающийся тем, что, с целью обеспечения полной соосности входя-

большой показатель преломле™ д щего неполяризованного и выходящего

поляризованного пучковj в него введена вторая призма-клин, идентичная первой и установленная центросиммет- рично относительно нее с зазором Л между призмами, определяемым в соотния кристалла; световая апертура поляризатора;

минимальная толщина клина в направлении, перпендикулярном его входной грани

20

ветствии с соотношением:

™.jBziII:: Bisiif: iO.,

cosC- P+f) J Nf7TPji cos {arcsin пр sin(p+f.) - ()

основание трапеции, лежащей в главном сечении клина, ориентирована под углом 90 -оГр-к его входной грани, а угол 3 и длина призмы-клина в направлении входной грани 1 определяются из соотношений

-

поляризованного пучковj в дена вторая призма-клин, первой и установленная це рично относительно нее с между призмами, определяе

ветствии с соотношением: