Призменный отражатель Советский патент 1992 года по МПК G02B5/122 

Изобретение относится к оптичес,кому приборостроению и может быть использовано в космической навигации, геодезии, контрольно-измерительной и лазерной технике, машиностроении, строительстве и экспериментальной физике для выравнивания характеристик возвратно отраженныхсветовых пучков.

Известен отражатель возвратного действия в виде трипель-призмы, содержащей прямой трехгранный угол с отражающими гранями и противоположную ему фронтальную грань. Отражающие грани идентичны и имеют форму равнобедренного прямоугольного, а фронтальная грань - равностороннего треугольников. При пддении коллимированного пучка на фронтальную

грань в результате переотражений его на гранях прямого трехгранного угла формируется шесть парциальных пучков, которые выходят Из отражателя в обратном направлении. Передаточные функции для параметров возвратно отраженных через разные секторы фронтальной грани пучков не совпадак т. Это приводит к увеличению дифракционной расходимости отраженного излучения и другим негативным явлениям в устройствах с известным отражателем..

Цель изобретения -обеспечение одинаковых собственных значений передаточных функций для амплитуды и фазы возвратно отраженных через разные секторы фронтальной грани волновых пучков. На фиг.1 показан призменный отражатель в форме тетраэдра; на фиг.2- призменный отражатель. У призменногб отражателя (фиг,1) два ребра прямого трехгранногоугла при вершине 1 одинаковы и в раз длиннее третьего ребра 2, равного а. В результате среза вершин 3 и 4 двух его одинаковых трехгранныхуглов, расположенных симметрично относительно биссекторной плоскости прямого двухгранного угла с ребром 2, удаляются не дающие вклада в возвратное отражение излучения области и образуется показанный на фиг.2 призменный отражатель. Одна из двух срезаемых и симметриино расположенных областей обозначена .на фиг.1 пунктиром. Плоскости среза пересекают общее для зтих углов ребро, соединяющее вершины 3 и 4, поЬередине, ребра, соединяющие вершины 3 и 4 с вершиной 1, - на расстояниях 2 а/3 от срезаемых вершин 3 и 4, адва оставшихся ребра - на расстояниях V3 а/2 от зтих вершин 3 и 4. При нормальном падении волнового пучка на фронтальную грань 5 и переотражении его на гранях 6-8 прямого трехгранного угла формируется отраженный в обратном направлении пучок. Последовательность прохождения пучком граней зависит от места его падения на фронтальную грань. В соответствии с этим она разбиваетсп, как показано на фиг.2, на шесть секторов 9-14. Секторы входа и выхода пучка расположены симметрично относительно общей для них точки, являющейся проекцией вершины прямого трехгранного угла на фронтальную грань. Каждому сектору соответствует свой вариант распространения пучка в призменном отражателе и свое выражение для матрицы Джонса. Если в качестве базиса для вектора поляризации выбрать параллельные диагонали фронтальной грани направления, то элементы матрицы Джонса для падающего на сектор 9 и выходящего через сектор 12 пучка с точностью до несущественного постоянного множителя равны R (Ri + 8 RS Rp - 2 R|) , Rl (R + Rp)2 „ Ri (R2 + 8 RS Rp - 2 R|) . a5l 2 vTRURs-bRpf.(1) где RS , Rp коэффициенты отражения Френеля при угле падения 45 ; RS, RP - коэффициенты отражения Френеля при угле падения 60° Верхними индексами в матрицах Джонса обозначены секторы входа и выхода пучка. Так как углы падения пучков на рабочие грани равны 45 и 60°, то полное возвратное отражение наблюдается при относительном показателе преломления среды призмы . Падающий на сектор 11 пучок последовательно отражается на гранях 7,6 и 8 и выходит в обратном направлении через сектор 14. Элементы матрицы Джонса в этом случае равны all - RS (RS - 2 Rp)2 - 2 Rj (RS + Rpf , (Rp-2Rs;f+2Rj(Rs+Rp, , аУ-1 - all v(R3 + Rp) R (2 Rp - RS) -Rj(2Rs-Rp)(2) Матрица a отличается от матрицы знаком недиагональных элементов, а переход от прямого к обратному ходу луча приводит к изменению знаков и перестановке недиагональных элементов в матрицах Джонса. Все шесть матриц Джонса имеют одинаковые собственные значения. Кроме того, все варианты переотражения одинаковы по длине пути луча. Вследствие этого собственные значения передаточных функций для амплитуды и фазы являются инвариантными, не зависящими от хода луча, величинами. Таким образом, предлагаемая конструкция призменного отражателя обеспечивает одинаковые собственные значения передаточных функций для амплитуды и фазы отраженных через разные секторы фронтальной грани волновых пучков. Формулаизобретения Призменный отражатель, содержащий прямой трехгранный угол и противоположную ему фронтальную грань, отличающийся тем, что, с целью обеспечения одинаковых собственных значений передаточных функций для амплитуды и фазы возвратно отраженных через разные секторы фронтальной грани волновых пучков, он выполнен в виде тетраэдра с ребрами прямого трехгранного угла, равными а, V5a , а, у которого срезаны вершины двух одинаковых трехгранных углов, располагающиеся симметрично относительно биссекторной плоскости прямого двухгранного угла с ребром, равным а, причем плоскости среза вершин пepeceкaюt общее ребро, соединяющее эти вершины между собой посередине ребра, соединяющие срезанные вершины с вершиной прямого трехгранного угла - на расстояниях 2 от срезанных вершин, а два оставшихся ребра - на расстояниях от этих верщин.

Фиг.1

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в космической навигации, геодезии, контрольно-измерительной и лазерной технике, машиностроении, экспериментальнойфизике. Изобретение' обеспечивает одинаковые собственные значения передаточных функций для амплитуды и фазы поля возвратно отраженных через разные секторы фронтальной грани призменного отражателя волновых пучков. Для этого призменный отражатель выполнен в виде тетраэдра с ребрами прямого трехгранного угла а, vTa, V7a , у которого срезаны вершины двух одинаковых трехгранных углов, расположенных симметрично относительно бис- секторной- плоскости прямого двугранного угла с ребром, равным а, причем плоскости среза вершин пересекают общее ребро, соединяющее эти вершины между собой, посередине, ребра, соединяющие срезанные вершины с вершиной прямого трехгранного угла, - на расстояниях 2 v2a/3 от срезанных вершин, а два оставшихся ребра - на расстояниях Vo а/2^ от этих вершин. 2 ил.«Ё