Интерференционный фильтр Советский патент 1992 года по МПК G02B5/28 

ны слоев зеркал четвертьволновые, а центрального слоя - полуволновая для длины волны

Ч - sin V/1)

где ni - показатель преломления слоя; Аорт спектральное положение полосы пропускания фильтра при падении на него излучения под углом 0о из воздуха.

Такой фильтр содержит четвертьволновые слои зеркал, а центральный слой - полуволновой по ходу луча для заданного угла падения света и имеет нерасщепленную полосу пропускания при нормальном падении света и при падении света под углом ро, а в диапазоне углов падения от 0 до ра имеет меньшее, чем у классического фильтра расщепление полосы пропускания.

Однако известный фильтр имеет ограниченное применение, поскольку при р0 45° расщепление его полосы пропускания достигает значений 1,5 нм, что приводит к уширению полосы пропускания и падению пропускания в максимуме для узкополосных фильтров с полушириной менее 5 нм.

Целью изобретения является уменьшение расщепления полосы пропускания узкополосных интерференционных фильтров при наклонном падении света.

На фиг. 1 схематически показана конструкция фильтра; на фиг. 2 - графическое решение интерференционного уравнения, поясняющее принцип работы фильтра; на фиг. 3 - расчетные угловые зависимости расщепления полос пропускания интерференционных фильтров.

Интерференционный фильтр (фиг. содержит чередующиеся слои двух диэлектриков В с высоким пв и Н с низким пн показателями преломления, образующих два зеркала 1, разделенных центральным слоем 2, причем зеркала включают четвертьволновые слои для длин волн, определяемых выражением (1), слои 3 и по два прилегающих к центральному слою слоя 4 с оптической толщиной в нечетное число раз больше остальных слоев зеркала, Конструкция фильтра может быть представлена в виде

N(BH)qBqH 28 qHqB N(HB),(2)

или в виде

N(BH)B qHqB 2H qBqH BN(HB), (3) где N +1 - число пар слоев в зеркале;

q - целое нечетное число, а оптические толщины обозначенных через В и Н слоев равны соответственно

d 3Јпв

8 4 1/п&-81п2рь.

(4)

0

5

Принцип работы фильтра можно пояснить следующим образом. Положение полосы пропускания при нормальном (и ее s- и р-составляющих при наклонном) падении света определяется интерференционным уравнением

47Гс1СоЛ 1--гс

-72. GS р - 2 п,(5)

где с - косинус угла преломления света в веществе центрального слоя; А-длина волны,

5s,p - сдвиг фазы при отражении света от зеркал со стороны центрального слоя.

Как видно из (5), расщепление полосы пропускания фильтра обусловлено различием хода спектральных зависимостей

n 5S (А) и 5р (А) при наклонном падении света. Расщепление полосы пропускания отсутствует, если равенство (5) выполняется одновременно для s-и р-компонент поляризации падающего света. Это условие соблюдается

с в случае нормального падения света, для которого различие s- и р-компонент отсутствует и для угла падения р0, при котором эффективные оптические толщины всех слоев фильтра кратны четверти длины волны

0 Р Для остальных улов падения света эти условия нарушаются и возникает расщепление полосы пропускания фильтра На фиг. 2 приведено графическое решение уравнения (5), для чего его удобно представить в виде

я(уЈ--1)Јь,г

где

v Со „, Ц0

v JrСо - косинус угла преломления

в веществе центрального слоя при падении

света подуглому 0 из воздуха; As p отличия истинного сдвига фазы 5s,p от к п. Прямая 1 (см. фиг. 2) - левая часть (6) при угле падения света 30° и р0 45°, кривые 2 и 3 соответственно зависимости As (v) и Др (v) для зеркал

известного фильтра, а 4 и 5 соответственно аналогичные зависимости для зеркал предлагаемого фильтра.

Как видно из приведенных данных, точки пересечения зависимостей

Дб (v) и Др (v) с прямой 1 для предлагаемого фильтра находятся значительно ближе друг к другу, чем для известного, что и обусловливает меньшее расщепление полосы пропускания,

В качестве примера конкретного исполнения рассмотрим узкополосные фильтры, состоящие из веществ с различным соотношением показателей преломления слоев На фиг. 3 приведены расчетные угловые зависимости расщепления A v vs - vp (vs, vp - положение максимумов s- и р-составляющих полосы пропускания) при р0 45°. Для известного фильтра (конструкция (3) при пв 2,2; пн 1,32; q 1; кривая 1) в диапазоне углов падения от 0 дсиро имеет место значительное расщепление. Если, в соответствии с изобретением, сделать q 3, то расщепление полосы пропускания уменьшается на порядок (кривая 2). Аналогичное соотноше- ние расщеплений полосы пропускания для известного и предлагаемого фильтров имеет место и при других показателях преломления. При уменьшении отношения показателей преломления (кривая 3, пв 2,0, пн - 1,46, q 3) расщепление также уменьшается, а при увеличении (кривая 4, пв 2,7; пн 1,32; q 3) растет, но в последнем случае расщепление полосы пропускания можно уменьшить, увеличивая q (кривая 5, q 5). Аналогичные зависимости, но с обратным знаком Л v имеют место и для фильтров с центральным слоем из вещества с низким показателем преломления (3).

Формулаизобретения

1. Интерференционный фильтр, содержащий чередующиеся слои двух диэлектриков с высоким и низким показателями преломления, образующих два зеркала, разделенных центральным слоем, причем зеркала включают четвертьволновые слои, а оптическая толщина центрального слоя полуволновая для длины волны

л - Лом / ч .ч

vnf -Sin ро

где ni - показатель преломления слоя; Ло« спектральное положение полосы пропускания фильтра при падении на него излучения под углом из воздуха, отличающий- с я тем, что, с целью уменьшения расщепления полосы пропускания при наклонном падении света, оптические толщины прилегающих к центральному слою двух слоев каждого зеркала имеют оптическую толщину в нечетное число раз больше выполненных из тех же веществ остальных слоев зеркал.

2. Фильтр по п. 1,отличающийся тем, что прилегающие к центральному слою два слоя каждого зеркала имеют оптическую толщину в три раза больше, чем выполненные из тех же материалов остальные слои зеркал.

Фиг. 1

0,«

4,5 4V«iO

40

ОД

Ф1/в 2.