Монохроматизирующее устройство Советский патент 1992 года по МПК G01J3/26 G02B5/28 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам, содержащим интерференционные фильтры, и может быть использовано в качестве малогабаритного монохроматора высокой светосилы.

Известно устройство, содержащее поляризатор и интерференционный фильтр, помещенный в кювету и иммерсионной жидкостью, выполненный с возможностью поворота вокруг оси,перпендикулярной оптической оси устройства.

Недостатком этого известного устройства является низкое пропускание (не более 50 %) для падающего естественного света за счет наличия поляризатора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является,устройство, содержащее источник света, интерференционный фильтр и компенсатор, установленные в обойме, расположенной под углом к оптической оси устройства с возможностью перемещения.

Недостатком этого известного устройства является низкое пропускание прошедшего света, поскольку уменьшение паразитной модуляции проходящего излучения при наклоне фильтра производится за счет дополнительных отражений на полированной стеклянной пластине либо перекрытия светового потока за счет жалюзи компенсатора, а также наличие пространственного смещения проходящего пучка света при наклоне фильтра. Кроме того, наличие дополнительного, отдельно установленного компенсатора усложняет изготовление и эксплуатацию устройства

Цель изобретения - увеличение пропускания устройства при одновременном устранении пространственного смещения прошедшего пучка света.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид.

Монохроматизирующее устройство содержит расположенный между клиньями 1 интерференционный фильтр 2, образующие совместно плоскопараллельную пластину, помещенную в обойму 3, выполненную с возможностью вращения вокруг оси 0-0 , смещенной относительно оптической оси устройства С-С на угол а, связанный с углом клина условием

р arcsin

sing n

(1)

где п - показатель преломления клиньев.

Внешние поверхности клиньев перпендикулярны оси вращения обоймы 3 0-0 и содержат покрытия 4.

При вращении обоймы 3 вокруг оси 0- 0 угол падения пучка света, входящего в устройство вдоль его оптической оси С-С , на фильтр расположенный между клиньями

1, изменяется непрерывно от нормального, у 0, в начальный момент, соответствующий положению фильтра 2, до максимального, у , после поворота обоймы 3 вокруг оси 0-0 на угол 180°. При этом фильтр занимает

0 положение 5. Дальнейший поворот обоймы 3 вокруг оси 0-0 г ризодит к уменьшению угла падения света на фильтр и возврату фильтра 2 в исходное положение при повороте обоймы на 360°. Образованная клинь5 ями 1 совместно с расположенным между ними фильтром 2 плоскопараллельная пластина при вращении обоймы 3 не изменяет своего положения относительно оптической оси устройства С-С и соответственно про0 ходящего пучка света.

Угол падения света на поверхность клиньев а остается неизменным и тем самым устраняется изменение интенсивности проходящего пучка света за счет паразитно5 го отражения на этих поверхностях. Нанесенное на внешние поверхности клиньев покрытие выбирается оптимальным для известного угла а и требуемого спектрального диапазона, что также приводит к

Q увеличению пропускания устройства. Одновременно, поскольку плоскопараллельная пластина не изменяет своего положения относительно падающего пучка света, положение в пространстве прошедшего пучка

5

света также остается неизменным, что упрощает прием и обработку сигнала.

Соотношение (1) следует из законов геометрической оптики и необходимости обеспечения минимального, у 0, угла па0 дения света на фильтр в начальный момент, а значение выбирают из условия достижения максимально необходимого, у , угла падения света на фильтр. Покрытия, просветляющие внешние поверхности

5 клиньев, выбирают исходя из конкретных решаемых задач на основе известных методов расчета и конструирования интерференционных покрытий.

В качестве примера конкретного испол0 нения рассмотрим использование монохро- матизирующего устройства в качестве малогабаритного монохроматора для диапазона длин волн 610 - 640 нм. Выбираем известный фильтр, состоящий из чередую5 щихся слоев диэлектриков с высоким (2,2, сернистый цинк) и низким (1,32, криолит) показателями преломления, образующих два четвертьволновых (для длины волны 640 нм) зеркала, разделенных полуволновым

центральным зазором из вещества с показателем преломления 1,75 (фторид свинца), Форма полосы пропускания такого фильтра для естественного света не зависит от угла падения коллимированного пучка света на фильтр. Как показали расчеты, при изменении угла падения света / из воздуха на такой фильтр от 0 до 30° его полоса пропускания смещается от 640 до 607 нм. Выбираем для клиньев стекло (п 1,52). Тогда, поскольку в монохроматизирующем устройстве свет на фильтр будет падать из стекла, необходимое значение угла клина (р находим по формуле

p arcsin- Ј-(2)

Из (2) и (1) находит требуемые углы р 9,6° и а- 14,7°. В качестве простейшего покрытия, просветляющего внешние поверхности клиньев, может быть использован четвертьволновый по ходу луча для длины волны 625 нм и найденного значения а слой криолита, что обеспечивает уровень потерь на этих поверхностях не более 0,02.

По сравнению с прототипом предлагаемое монохроматизирующее устройство имеет повышенное пропускание за счет отсутствия отдельной компенсирующей пластины либо жалюзи, работы внешних

просветленных поверхностей клиньев при постоянном угле падения света при одновременном устранении пространственного смещения проходящего пучка света, что в целом расширяет функциональные возможности монохроматизирующего устройства и позволяет использовать его в качестве малогабаритного монохроматора.

Формула изобретения Монохроматизирующее устройство, содержащее источник света, интерференционный фильтр и компенсатор, установленные в обойме, расположенной под углом о. к оптической оси светового потока с возможностью перемещения, отличающееся тем, что,

с целью увеличения пропускания и устранения пространственного смещения, компенсатор выполнен в виде двух одинаковых клиньев, образующих плоскопараллельную пластину, интерференционный фильтр расположен между клиньями, обойма установлена с возможностью вращения вокруг своей оси, причем угол наклона клина равен

р - arcsin sin a/n , где п - показатель преломления клиньев, а

на внешние поверхности клиньев нанесены просветляющие покрытия, соответствующие рабочему диапазону длин волн и углу падения светового потока а.

Использование: в оптических приборах, содержащих интерференционные фильтры. Сущность: устройство содержит расположенный между клиновидными подложками 1 интерференционный фильтр 2, образующими совместно плоскопараллельную пластину, помещенную в обойму 3, выполненную с возможностью вращения вокруг оси 0-0 , сме0. О щенной отнрсительно оптической оси устройства С-С на угол а , связанный с углом клина р условием sin a nsln р , где п - показатель преломления подложек. Внешние поверхности подложек перпендикулярны оси вращения обоймы 3 0-0 и содержат покрытия 4, просветляющие поверхности для рабочего диапазона длин волн и угла падения светао: . При вращении обоймы 3 вокруг оси 0-01 угол падения пучка света, входящего в устройство вдоль его оптической оси С-С , на фильтр 2 изменяется непрерывно от нормального в начальный момент до максимального 2 р после поворота обоймы 3 вокруг оси 0-0 на угол 180°, при этом фильтр занимает положение 5. Образованная клиновидными подложками 1 совместно с расположенными между ними фильтром 2 плоскопараллельная пластина при вращении обоймы не изменяет своего положения относительно оптической оси устройства С-С1 и проходящего пучка света. 1 ил. Ё XJ 4 СП СП