Оптический фильтр с перестраиваемой полосой пропускания Советский патент 1989 года по МПК G02B5/20 

Изобретение относится к оптике и может быть использовано в спектральных приборах и других системах для выделения полосы спектра излучения и плавного изменения одновременно обеих граничных частот этой полосы.

Цель изобретения - упрощение конструкции при уменьшении габаритов фильтра.

На фиг. 1 представлен фильтр, сечение; на фиг. 2 - блок призм.

Оптический фильтр выполнен в виде единой призмы 1 из прозрачного материала, установленной с возможностью поворота вокруг оси (не показана), перпендикулярной главному сечению призмы 1. Четыре, грани призмы 1 попарно параллельны, так входная грань 2 параллельна дополнительной нерабочей грани 3 с поглощающей поверхностью 4, отделенной от грани 3 воздушным промежутком, а две других параллельных грани 5 и 6 ориентированы относительно ломаной оси 7 фильтра под предельным углом ос полного внутреннего отражения для заданной длинноволновой границы ft гр, полосы пропускания фильтра и снабжены поглощающими поверхностями 8 и 9, отделенными от отражающих граней 5 и 6 воздушными промежутками, причем призма 1 вытянута вдоль этих граней. Выходная грань 10 призмы-фильтра 1, механичес ки сопряженная с нерабочей гранью 3 и с отражающей гранью 5, ориентирована относительно оси 7 фильтра под предельным углом (oL - ft ) полного внутреннего отражения Р.ЛЯ заданной ко- ротковолновой границы полосы пропускания фильтра, для чего грань 10 скошена относительно отражающей грани 5 на угол величина которого определяется из соотношения

arcsin

1

nCArp.l

- arcsin

1

n(flrpa)

где nO&rpi ), п( АГрг) - показатели преломления материала призмы 1 для соотве-ггст- вующих длин волн. Размер D выходной грани 10 определяется из соотношения

- d

1 1

,-1/2

пЧКрТ

0

5

0

$ до

25

30

45

50

55

где d - размер входной грани 2;

п «а кс

ft - максимальная заданная коротковолновая граница полосы пропускания.

Фильтр работает следующим образом. Коллимированньй пучок света, пройдя входную грань 2 призмы 1 вблизи ее нормали, падает на отражающую грань 5 призмы под углом oi. - arcsin l/nC Arp, ), являющимся предельным углом полного внутреннего отражения для Ът и углом полного внутреннего отражения для всех длин волн /АГр). Свет с длиной волны, меньшей Гр| , отражается гранями 5 и 6 без потерь, если же его длина волны больше А Гр , то он частично проходит через отражающие поверхности 5 и 6, затем проходит воздушный промежуток и гасится на поглощающих поверхностях 8 и 9. Доля отраженного света тем меньше, чем больше разность А - Л™, Коэффициент отражения определяется формулами Френеля и зависит от поляризации падающего света. Свет претерпевает внутри призмы 1 ряд последовательных отражений, после чего падает на выходную грань 10 призмы 1 под углом об - Ј. В результате образуются два пучка: , отраженный от выходной грани 10 и отражающей грани 6, выходит через нерабочую грань 3 призмы 1 и попадает на поглощающую поверхность 4. Его длина волны Я Ј ft грг. И второй пучок, выходящий через выходную грань 10 призмы и являющийся результатом полосовой фильтрации с длиной волны 1, где

,.

Угол отклонения пучка света, входящего в призму 1 от нормали к входной грани 2, варьируется поворотом призмы вокруг оси, перпендикулярной плоскости ее главного сечения, и позволяет одновременно изменять положение обеих границ полосы пропускания в широком диапазоне частот. Коэффициент пропускания фильтра после N отражений равен R (ft) 7М .

Для того, чтобы увеличить входное сечение пучка при сохранении крутизны границ пропускания без увеличения длины призмы, фильтр можно выполнить в виде блока одинаковых призм, отражающие грани которых параллельны (фиг. 2).

Оптический фильтр позволяет получить спектральную характеристику поч31472857

ти прямоугольной формы с узкими (1 - 5 А) переходными областями с одновременной плавной перестройкой обеих границ полосы пропускания.

Формула изобретения

Оптический фильтр с перестраиваемой полосой пропускания, содержащий призму из прозрачного материала, установленную с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной главному сечению призмы, четыре грани которой попарно параллельны, причем од- на из этих граней - входная, а две других параллельные грани ориентированы относительно ломаной оси фильтра под предельным углом полного внутреннего отражения для заданной длинноволновой границы гр полосы пропускания фильтра и снабжены поглощающими поверхностями, отделенными от отражающих граней воздушными промежутками, причем призма вытянута вдоль этих граней, выходная грань фильтра ориентирована относительно его оси под предельным углом полного внутреннего отражения для заданной коротковолновой границы г., полосы пропускания фильтра, а с выходной гранью фильтра механически сопряжена дополнительная нерабочая грань с поглощающей поверхностью, отделенной от нерабочей гра

ни воздушным промежутком, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции при уменьшении габаритов фильтра, он выполнен в виде единой призмы, его выходная грань механически сопряжена с одной из отражающих граней и скошена относительно нее на угол р, величина которого определяется из соотношения

arcsin

п(Ъгр, )

- arcsin

пСАгрг)

г

15

где п(ъг„ ), пСЛгра) - показатели преломления материала призмы для соответствуквдих длин волн,

размер D выходной грани определяется

из соотношения

D d

1

п

Т

где d - размер входной грани:

Л Макс

л г„ - максимальная заданная коротковолновая граница полосы пропускания,

а дополнительная нерабочая грань ориентирована параллельно входной грани призмы.

Изобретение относится к оптике и может быть использовано в спектральных приборах и других системах для выделения полосы спектра излучения и плавного изменения одновременно обеих граничных частот этой полосы при относительно простой конструкции фильтра и небольших его габаритах. Фильтр выполнен в виде единой призмы 1 из прозрачного материала, четыре грани которой попарно параллельны. Входная грань 2 параллельна дополнительной нерабочей грани 3 с поглощающей поверхностью 4, отделенной от грани 3 воздушным промежутком, а две другие параллельные грани 5 и 6 снабжены поглощающими поверхностями 8 и 9, также отделенными от отражающих граней 5 и 6 воздушными промежутками, причем призма 1 вытянута вдоль граней 5 и 6. Выходная грань 10 механически сопряжена с гранями 3 и 5. При падении коллимированного пучка света на отражающие грани 5 и 6 под углом α, равным предельному углу полного внутреннего отражения /ПВО/ для заданной длинноволновой границы λ_гр1 полосы пропускания фильтра, излучение с длинами волн λ*98л_гP1 бЕз пОТЕРь ОТРАжАЕТСя эТиМи гРАНяМи, A излучЕНиЕ C длиНАМи ВОлН λ*98л_гр1 частично проходит сквозь них и поглощается поверхностями 8 и 9. Свет претерпевает в призме 1 ряд отражений, после чего падает на выходную грань 10, скошенную относительно грани 5 на угол β, под углом /α - β/, равным предельному углу ПВО для заданной коротковолновой границы λ_гр2 полосы пропускания. Пучок, отраженный от граней 10 и 6, гасится поверхностью 4, а пучок, выходящий через грань 10, является результатом полосовой фильтрации с длиной волны λ, где λ_гр2≤λ≤λ_гр1. Путем поворота призмы 1 относительно оси, перпендикулярной главному сечению призмы, можно одновременно изменять положение обеих границ полосы пропускания в широком диапазоне частот. Дана формула для вычисления размера Д выходной грани 10 через размер D входной грани 2 и показатель преломления призмы 1. 2 ил.

фи.2