Интерференционно-поляризационный фильтр Советский патент 1991 года по МПК G02B5/30 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к технике астрофизических исследований с целью прогнозирования солнечной активности и геофизических исследований по определению концентрации газов, содержащихся в

атмосфере, для целей охраны окружающей среды.

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей фильтра путем обеспечения перемещения полосы пропускания по спектру и фиксации ее на

любую заданную длину волны в пределах области перемещения, а также расширение диапазона перемещения полосы пропускания.

На чертеже представлена схема пред- ложеиного фильтра.

Фильтр содержит два поляризатора П, плоскости пропускания которых параллельны, и расположенный между ними набор двулучепреломляющих пластин К| одинако- вой толщины, кристаллооптические оси которых составляют с плоскостью пропускания поляризаторов углы а, 2 а, 3a ,...i a, m а, где« 90°/(т +1), i - порядковый номер двулучепреломляющёй пластины, m 2, 3 ... - количество пластин. После каждой двулучепреломляющёй пластины KI установлены по две четвертьволновые пластинки RIJ, главные направления которых составляют с плоскостью пропуска- ния поляризаторов углы, равные $ j (i a + 45°) при 1, 3, 5 ... M$J {ia-45 ) при j 2,4,6 ..., где j - порядковый номер четвертьволновой пластинки.

Все элементы фильтра объединены в m + 1 блок. Первый блок 1 состоит из входного поляризатора, двулучепреломляющёй пластины и четвертьволновой пластинки. Последующие блоки 2-4 содержат четвертьволновую пластинку, двулучепре- ломляющую пластину и еще одну четвертьволновую пластинку. Последний блок 5 включает четвертьволновую пластинкуи выходной поляризатор. Первый блок неподвижный, все остальные выполнены с возможностью одновременного поворота вокруг продольной оси фильтра на углы ры р(М - 1), где N - порядковый номер блока. Для того, чтобы полоса пропускания переместилась по спектру од одного максимума до другого, угол р должен изменить свое значение от 0 до 180°. При выполнении четвертьволновых пластинок ахроматическими диапазон перемещения полосы пропускания расширяется.

Работа фильтра основана на том, что перемещение полосы может быть достигнуто. Если к каждой двулучепреломляющёй пластине добавить дополнительную разность фаз с учетом того, что в многокомпонентном фильтре между двулучепреломляющими пластинами нет поляризаторов. Поэтому на каждую из пластин KI должен падать эллиптически поляризованный луч под по- стоянным углом, определяемым законом ориентации двулучепреломляющих пластин, т.е. фазоизменяющее устройство должно одинаковым образом перестраивать

0 5 0

5 0 5 0

5

0 5

обе компоненты поляризованного луча и не нарушать закон ориентации.

Предложенное выполнение фильтра позволит получить перемещение полосы пропускания на значительном спектральном интервале при повышенном пропускании.

Пример. Разработан фильтр для исследования газового состава атмосферы, который обеспечивает широкий диапазон перемещения полосы пропускания в УФ и видимой области спектра 280-550 нм.

Фильтр содержит 2 пленочных поляризатора, 12 кристаллических пластин из кварца толщиной 4, 3 мм каждая, 12 ахроматических пластинЯ /2 (полволны) и 12 ахроматических пластин Я /4 (четвертьвол- ны). Оптика помещается в герметизированную оправу - термостат.

Взаимная ориентация элементов представлена на чертеже.

Ширина полосы пропускания б Я 0,3 нм (в средней части спектрального диапазона), а расстояние между рабочим и нерабочим интерференционными максимумами 6 нм, угол Я 6-9°. Полоса пропускания настраивается на любую длину волны в диапазоне длин волн 280-550 нм, нерабочие максимумы обрезаются интерференционными контрастными фильтрами. Интерференционно-поляризационный фильтр имеет пропускание 28%,

Для перемещения полосы пропускания в широком диапазоне необходимы ахроматические фазоизменяющие устройства, с высокой точностью поддерживающие разность фаз 90 и 180°. Для этого специально разработаны ахроматические пластины Я /4 и Я /2, поддерживающие разность фаз 90 и 180° с точностью 3%. Ахроматические пластины четвертьволны и полволны состоят из кварцевой, шпатовой и MgF2 пластин с соответствующими толщинами и ориентацией.

Екв - 1323,63 мкм I

lMgF2 + 568,67 мкм Ч- Я /4

1шп + 31,84мкм J

2647,26 мкм MgF2 + 113,34 МКМ /Я/2

Гшп 63,68 мкм.)

Разработанный фильтр предназначен для дистанционного контроля антропогенных выбросов в атмосферу газовых компонентов, имеющих ярко выраженную колебательную структуру в УФ и видимой областях спектра МНз, SOa, N02. Оз, 12. Формула изобретения 1. Интерференционно-поляризационный фильтр, содержащий два поляризатора,

плоскости пропускания которых параллельны, и расположенный между ними набор двулучепреломляющих пластин одинаковой толщины, кристаллооптическиеоси которых составляют с плоскостью пропускания поляризаторовуглы а,2а,Заia.ma

где I - порядковый номер двулучепреломляющей пластины, m 2,3... - количество пластин, о т- личающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей фильтра путем обеспечения перемещения полосы пропускания по спектру, после каждой двулучепреломляющей пластины с порядковым номером i в фильтр введено по две четвертьволновых пластинки, углы ориентации которых относительно плоскости пропускания поляризаторов равны $J (la+45°) при 1,3. 5... и VH -0« 45а) при J 2, 4,6..., где J 1 порядковый номер четвертьволновой пластинки. о 90 /(т

0

5

0

+1), все элементы объединены в m + 1 блок, первый блок состоит из входного поляризатора, двулучепреломляющей пластины и четвертьволновой пластинки, последующие блоки содержат четвертьволновую пала- стинку, двулучепреломляющую пластину и еще одну четвертьволновую пластинку, а последний блок включает четвертьволновую пластинку и выходной поляризатор, причем все блоки, кроме первого, выполнены с возможностью одновременного поворота вокруг продольной оси фильтра на углы рц р (N - 1), где N - порядковый номер блока, р 0-180°.

2. Фильтр по п.1,отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона перемещения полосы пропускания, четвертьволновые пластинки выполнены ахрома- .тическими.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для геофизических исследований ho определению концентрации газов, содержащихся в атмосфере, для целей охраны окружающей среды. С целью расширения эксплуатационных возможностей многокомпонентный интерференционно-поляризационный фильтр (ИПФ) обладает способностью перемещать полосу пропускания по спектру и фиксировать ее на любую заданную длину волны в пределах области перемещения. ИПФ содержит два поляризатора, плоскости пропускания которых параллельны, и расположенный между ними набор двулучепреломляющих пластин одинаковой толщины, кристаллооптические оси которых составляют с плоскостью пропускания поляризаторов углы а,2а,3аia.ma гдеа 90°/(т + 1); I - порядковый номер двулучепреломляющей пластины; ,3 ...-количество пластин После каждой двулучепреломляющей пластины KI установлены по две четвертьволновые пластинки R,j, углы ориентации которых относительно плоскости пропускания поляризаторов равны $ ,j (i a + 45) при j 1, 3,4.... и $ . 0 а + 45°)при j 2,4.6где - порядковый номер четвертьволновой пластинки. Все элементы объединены в m + 1 блок. Первый блок 1 состоит из входного поляризатора, двулучепреломляющей пластины и четвертьволновой пластинки, последующие блоки 2-4 содержат четвертьволновую пластинку, двулучепре- ломляющую пластинку и еще одну четвертьволновую пластинку. Последний блок включает четвертьволновую пластинку и выходной поляризатор. Все блоки, кроме первого, выполнены с возможностью одновременного поворота вокруг продольной оси ИПФ на углы ры р (N -1), где N - порядковый номер блока по порядку, а угол р меняется от 0 до 180°. Такое выполнение ИПФ позволяет обеспечить перемещение полосы пропускания по спектру и фиксацию ее на любую заданную длину волны в пределах области перемещения. Для расширения диапазона перемещения полосы пропускания устанавливаемые фазовые пластины выполнены ахроматическими. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. w Ј о ел о чэ 4 СО

л К1 , , Ъ т W т.Ы)П