Управляемый оптический ослабитель Советский патент 1988 года по МПК G02B5/26 

Фиг.З

взаимного равенства путем вращения вокруг единой оси 5, перпендикулярной плоскости, содержащей 2-образн)то оптическую ось. За элементом 2 по ходу излучения установлен неподвижно относительно оси вращения 5 световозвраща- ющий элемент 6, причем входная и выходная апертуры элемента 6 разнесены в направлении оси 5 вращения и согласованы с апертзфами элементов 1 и 2. В целях увеличения диапазона изменения коэффициента ослабления в устройстве использован второй световозвра- щающий элемент 7, установленный неподвижно относительно оси 5 вращения за элементом 1 по ходу излучения. Входная апертура элемента 7 согласована через элементы 2 и 1 с выходной апертурой элемента 6, а выходная апертура элемента 7 разнесена с его входной апертурой в направлении оси

5вращения. Пучок 25 излучения после четырехкратного отражения от элемен- тов 1 и 2, двукратного от элемента

6и однократного от элемента 7 выходит из устройства ослабленным. Благодаря известной зависимости между коэффициентом отражения излучения от френелевских поверхностей 3 и 4 и изменяемым углом М падения излучения на эти поверхности коэффициент ослабления выходящего из устройства пучка 25 оказывается строго калиброванным. 1 з.п.ф-лы. 3 ил.

Изобретение относится к средствам управления параметрами оптического излучения и может быть использовано лля калиброванного ослабления оп5 ткчегкого излучения при повьшгении точности установки коэффициента ослабления и одновременном расширении спектрального диапазона. Ослабитель содержит два устяновленных последовательно по ходу излучения отражающих элемента 1 и 2, имеющих по одной френрлевской о ражлюгдей поверхности 3 и 4 соответственно, которые ориентированы взаимно параллельно, а нормали к которым составляют с оптической осью ослабителя рлинь е по величине, но противо11оло; ;ные ПО знаку углы ц . Элементы 1 п 2 установлены в местах излома 7,-оОразной оптической оси ослабителя с возможностью изменения углов (( при сохранении их (С (Л 4 оо ч 00 го 00 12 п

1

Изобретение относится к области средств управления параметрами оптического излучения и может быть использовано для калиброванного ослабления интенсивности оптического излу чения, например при аттестации и измерении параметров фоточувствитель Ных элементов и фотоприемников, в медицинских исследованиях и лазерной терапии, хирургии.

Ц&ль изобретения - повьшение точности установки коэффициента ослабле ния при одновременном расширении спектрального диапазона, а также уве личение диапазона коэффициента ослаб ления.

На фиг.1 представлен ослабитель с одним световозвращающим элементом; на фиг.2 - вид последнего в разрезеj на фиг.З - ослабитель с двумя световозвращателями.

Управляемый оптический ослабитель содержит два установленных последовательно по ходу излучения отражающих элемента 1 и 2, имеющих по одной френелевской отражающей поверхности 3 и 4, которые соответственно ориентированы взаимно параллельно, а нормали к которым составляют с оптической осью ослабителя равные по велр- чине, но противоположные по знаку углы Ч. Элементы 1 и 2 установлены

10

в местах излома Е-сбразкой оптической оси ослабителя с возможностью изменения углов (f при сохранении их взаимного равенства путем вращения во5 круг единой оси 5, перпендикулярной плоскости, содержащей Z-образную оптическую ось. За элементом 2 по ходу излучения установлен неподвижно относительно оси 5 вращения световоз- вращающий элемент 6, причем входная и выходная апертуры элемента 6 разнесены в направлении оси 5 вращения и согласованы с апертурами элементов 1 и 2. Во втором варианте исполнения (фиг.З) использован второй световоз- вращающий элемент 7, установленный также неподвижно относительно оси 5 вращения за элементом 1 по ходу излучения . Входная апертура элемента 7 согласована через элементы 2 и 1 с выходной апертурой 6, а выходная апертура элемента 7 разнесена с его входной апертурой в направлении оси 5

25 вращения.

Конкретная конструктивная реализация ослабителя сводится к следующей. Отражающие элементы 1 и 2, выполненные, например, в виде плоскопараллельных пластин или клиньев из стекла К-108, механически сопряжены (связаны) между собой, например закреплены на общей поворотной площадке 8, имеющей ось 5 вращения, которая

15

20

30

находится в плоскости отражающей грани 3 элемента 1.

Для исключения влияния переотражений от грани элементов 1 и 2, не участвующих в формировании пучка ослабленного излучения, все грани элементов 1 и 2, кроме обращенных друг к другу взаимопараллельных отражающих граней 3 и 4, покрыты, например, слоем черной краски, поглощающей излучение.

Поворотная площадка 8 механически связана с приводом 9, например содержащим шаговый двигатель типа ЩДР- 711-, а также с датчиком 10 типа

излучения отражающую поверхность 3 элемента 1 год углом ц , величина

10

которого определяется угловой ориентацией отраженного элемента 1 отно- сительно падающего пучка 17, Отраженный от поверхности элемента 1 пучок 18 падает на отраженную поверхность А элемента 2 Так как отражающие поверхности 3 и 4 элементов 1,2 параллельны, угол падения на второй отражающей элемент также равен t/, а

пучок 13, отраженный элементом 2, параллелен падающему пучку 17.

Изменение угла ip осуществляется путем подачи управляющего напряжения на привод 9 поворотной площадки 8 с помощью шагового двигателя ЩДР-711.

Изменение угла i-p осуществляется.

угол - код с помощью, например, зубчатой передачи.

Элемент 6 световозвращения вьтол- няют в виде двух отражающих элементов „ например, в пределах 3080°. Величи- 11,12, отражающие плоскости которьк на угла (f определяется с помощью ориентированы перпендикулярно одна датчика 10 типа угол - код. Мощ- относительно другой и линия их пере- ность пучка ослабленного излучения сечения перпендикулярна оси 5 враще- на выходе второго отражающего элемен- ния и оптической оси ослабителя, Све- 25 определяется как товозвращающий элемент 6 может быть- вьтолнен также в виде прямоугольной призмы АР-90,

Поворотная площадка 8, привод 9, датчик 10 угол - код, а также све- товозвращающий элемент 6 закреплены на основании 13 ослабителя, Дополни вых Ро К,(с/)-К2(Ф

30

где R,(c, ) коэффициент отражения излучения элементами 1,2, соответственно.

Для излучения, плоскость поляризации которого параллельна оси 5 вращения поворотной площадки 8, коэффициент отражения элементов 1,2, например, вьтолнкнных из стекла типа К-108 (,52), составляет ) Н2(Ч ) iO,07 при и R,(t/) R((f) при (f 80°.

тельный световозвращающий элемент 7 закреплен неподвижно на основании ослабителя 13 и пространственно смещен относительно первого световозвра щающего элемента 6 в направлении оси 5 на величину , где d - диаметр пучка ослабляемого излучения, что.обеспечивает пространственное разделение пучка излучения, отраженного элементом 7 относительно исходного пучка.

Конструктивно световозвращающий элемент 7 выполнен аналогично свето- возвращающему элементу 6. На фиг,3 представлен вариант вьшолнения свето возвращающего элемента 7 в виде двух плоских зеркал 14,15,

Позицией 16 на фиг.З обозначен потребитель ослабленного излучения, например аттестуемый фотоприемник или зеркало, направляющее ослабленное излучение в требуемом направлении.

Устройство работает следующим об- 55 луча отражающими гранями элементов

разом.

Пучок 17 излучения, имеющий мощность РО, падает на первую по ходу

излучения отражающую поверхность 3 элемента 1 год углом ц , величина

которого определяется угловой ориентацией отраженного элемента 1 отно- сительно падающего пучка 17, Отраженный от поверхности элемента 1 пучок 18 падает на отраженную поверхность А элемента 2 Так как отражающие поверхности 3 и 4 элементов 1,2 параллельны, угол падения на второй отражающей элемент также равен t/, а

пучок 13, отраженный элементом 2, параллелен падающему пучку 17.

Изменение угла ip осуществляется путем подачи управляющего напряжения на привод 9 поворотной площадки 8 с помощью шагового двигателя ЩДР-711.

Изменение угла i-p осуществляется.

например, в пределах 3080°. Величи- на угла (f определяется с помощью датчика 10 типа угол - код. Мощ- ность пучка ослабленного излучения на выходе второго отражающего элемен- определяется как

имер, в пределах 30гла (f определяется ика 10 типа угол - ь пучка ослабленного ыходе второго отража определяется как

,(с/)-К2(Ф

30

35

40

где R,(c, ) коэффициент отражения излучения элементами 1,2, соответственно.

Для излучения, плоскость поляризации которого параллельна оси 5 вращения поворотной площадки 8, коэффициент отражения элементов 1,2, например, вьтолнкнных из стекла типа К-108 (,52), составляет ) Н2(Ч ) iO,07 при и R,(t/) R((f) при (f 80°.

Для излучения, плоскость поляризации которого перпендикулярна оси 5 вращения, коээфициент отражения элементов 1,2 составляет в этом случае Ri(v)R2(t) х;0,04при Lf 30 и Rj(Lf)R2(4) -:i 0,25 при .

Таким образом, мощность пучка света 19 на выходе второго отражающего элемента 2 изменяется при изменении угла 1( в пределах Р g(,nt,, г Z (0,005-i-0,3)Poi .i (0,0016 - 50 -0,0625)Ро для излучения, плоскость поляризации которого соответственно параллельна и перпендикулярна оси 5 вращения.

После отражения первыми по ходу

45

1,2 пзгчок 19 излучения поступает на вход световозвращающего элемента 6, которьй осуществляет инверсию (поворот) направления распространения этого пучка.

Отраженный поверхностями 11 и 12 элемента 6 пучок 20 излучения параллелен падающему пучку 19, имеет обратное этому пучку направление распространения и смещен относительно него в направлении на величину 4У 2Y., которая определяется значением координаты Ур пучка относительно линии пересечения плоскостей 11,12 элемента 6,

После прохождения световозвраща- ющегося элемента 6 пучок 20 ослабленного излучения проходит в обратно относительно пучка 17 направлении, последовательно отражаясь первыми по ходу пучка гранями элементов 2 (пучок 21) и 1 (пучок 22).

Отраженный элементом 1 выходной пучок 22 ослабленного излучения параллелен входящему пзгчку 17, смещен относительно него в направлении оси 5 на величину /dY и имеет мощность

вых

P(g))-P(l/).R,B Po.

где RCB коэффициент отражения све- товоэвращаницего элемента 6. Коэффициент отражения R g свето- возвращающего элемента 6 определяется коэффициентом отражения R о излучения поверхностями элементов 11 и 12 Reg R и составляет, например, Rce2;0,99 при вьшолнении элементов 11 и 12 в виде диэлектрических зеркал, RCB - iO,8-0,9 при выполнении этих элементов в виде металлизированных зеркал и R(-g-0,95 при вьтолнении светов виде призвозвращающего элемента 6 мы.

Величина R се постоянна и не изменяется при изменении угла if поворота площадки 8.

Пределы изменения P, , Рд,якс мощности Pjyy выходного пучка излучения при использовании, например, отражающих элементов 1,2 из стекла марки К-108 составляют для случая поляризации света в плоскости, параллельной оси вращения:

Таким образом, динамический диапазон работы ослабителя составляет

М -|- 2,4 10 , MWH

т„ео порядка 30 дБо

При этом значении коэффициента ослабления ослабителя

Kcc. ()-R(Ц)Rcв

определяется целиком расчетным путем ла основании вычисления величин R/t/) и R(tj ) при значении угла (/ , определяемого с помо1чью датчика 6„

Точность установки требуемого значения коэффициента ослабления опре- 0 деляется точностью установки величины угла (/ и составляет, например, при погрешности if установки угла (, равной угл.ялин и значениями ff -ОАО dKoc./

5

угла

80

-2;0,3% дляизлу0

5

КОСА

ния С известным состоянием поляризации.

При выполнении устройства по фиг,3 работа ослабителя проходит аналогично. Пучок 19 ослабленного излучения, отражаясь световозвращающим элементом 6, повторно проходя второй 2 и первый 1 отражающие элементы, падает на второй световозвращающий элемент 7,

Отражаясь от элемента 7 световоз- вращения,., пучок ослабленного излуче- ния 23 пространственно смещается в направлении оси 5 на величину 4У 2У, где Y -высота пучка 2R относительно линии пересечения отражающих элементов 14,15, составляющих световозвращающий элемент 7 (или эквивалентной линии пересечения катетных граней прямоугольной призмы).

После отражения от элемента 7 пучок 23 ослабленного излучения в третий раз проходит через элементы 1 и 2. При этом мощность пучка 24 на вы- составляет

5

Tj3,

,(tf)

0

5

ходе элемента 2

R5(/ ).

После трехкратного прохождения ослабляемого пучка элементов 1 и 2 пучок 24 повторно отражается элементом светоотражения 6, одновременно смещаясь в направлении оси 5.

Повторно отраженньй световозвра,- щающим элементом 6 пучок ослабленного излучения в четвертый раз проходит элементы 2 и 1 отражения и напрапляется к потребителю 16. Мощност Pftux пучка 25 после четьфехкратного прохождения через элементы 1 и 2 составляет PBj,R(tc) R(i/) Rce Po. Пределы изменения мощности при этом разны, например в случае выполнения элементов 1 и 2 из стекла марки , поляризации света в плоскости, параллельной оси вращения эле ментов 1,2, и применения световозвра щающих элементов с диэлектрическими покрытиями, обеспечивающими Q;0,99

BWx.iWHH

BfclX. MdnC 6,25 при

л 3

при

о при . Динамический диапазон ослабителя

Ю

составляет при

Ptfcl. Mai

м

%ых. мин

т.6 60 дБ.

при точности установки коэффициента

dKpCA

К„.

ослабления

,0,6%

Таким обр.азом, введение второго световозвращагощего элемента 7 позволяет расширить динамический диапазон работы ослабителя до 60 дБ при сохранении спектрального диапазона работы и точностных характеристик устройства. Помимо изображенного на фиг.З положения потребителя 16, расположенного в поперечном сечении пучка излучения, четырехкратно прошедшего через отражакяцие элементы устройства, потребитель 16 может быть расположен (посредством перемещения в направлении оси 5) в пучке излучения, прошедшего 6,8...2п... раз через элементы 1 и 2, что увеличивает динамический диапазон устройства, составляющий в этом случае М ЗОп дБ за счет дополнительных проходов из- лучения через отражаннцие элементы.

Управляемый оптический ослабитель сопрягается с ЭВМ при использовании привода на шаговом двигателе и цифрового датчика угол - код и может входить в состав специализированных моделирунхцих комплексов и стендов, позволяющих решать задачи метрологии и юстировки в различных областях науки.

g

5

0

5

0

5

0

5

0

Формула изобретения

U Uk,

ro

;/

фи$.1

20

6 j2

./

wel