Оптический вентиль Советский патент 1993 года по МПК G02F3/00 

Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано как элемент оптической развязки и оптической схе- мотехники.

Цель изобретения - повышение надежности оптического вентиля за счет увеличения лучевой стойкости.

Поставленная цель достигается заменой в оптическом вентиле акустооптическо- го дефлектора на два последовательно расположенных сканирующих устройства, плоскости сканирования которых перпендикулярны друг другу и введением дополнительно фазовращателя, причем выход электронного ключа соединен с входом возбудителя первого сканирующего устройства и входом фазовращателя, а выход фазовращателя соединен со входом возбудителя второго сканирующего устройства. Такое построение оптического вентиля позволяет при мощности обратного луча, превышающего некоторое наперед заданное значение осуществить круговое или эллиптическое вращение сфокусированного пятна обратного луча по диафрагме и тем самым увеличить площадь, на которой осуществляется преобразование энергии обратного луча в тепловую энергию, что повышает надежность оптического вентиля за счет увеличения его лучевой стойкости.

На чертеже.приведена функциональная схема оптического вентиля, который содержит последовательно расположенные дих- роичный поляризатор 1, первую собирающую линзу 2, диафрагму 3, вторую собирающую линзу 4, первое сканирующее устройство 5, второе сканирующее устройство 6, светоделительное зеркало 7, магнитооптический ротатор 8, помещенный в магнитное поле магнитной системы 9 и дих- роичный анализатор 10. Плоскость сканирования первого сканирующего устройства 5 перпендикулярна плоскости поляризации второго сканирующего устройства 6. Система управления содержит фазовращатель 11, фотоприемник 12, электронный компаратор 13, источник напряжения 14, электронный ключ 15 и генератор 16. Фотоприемник 12 находится на пути отраженного от светоде- лительного зеркала 7 обратного луча. Выход

-w

fe

00

о ся

Ј

ю

фотоприемника 12 соединен с первым входом электронного компаратора 13, выход источника напряжения 14 соединен с вторым входом электронного компаратора 13, выход электронного компаратора 13 соединен с первым входом электронного ключа 15, выход генератора 16 соединен с вторым входом электронного ключа 15, выход электронного ключа 15 соединен с входом возбудителя первого сканирующего устройства 5 и входом фазовращателя 11, выход фазов- ращателя 11 соединен с входом возбудителя второго сканирующего устройства 6.

Оптический вентиль работает следующим образом.

Прямой луч после прохождения через дихроичный поляризатор 1, первую собирающую линзу 2, диафрагму 3, вторую собирающую линзу 4, первое сканирующее устройство 5, второе сканирующее устройство б и светоделительное зеркало 7 попадает в магнитооптический ротатор 8, где его плоскость поляризации вследствие магнитооптического эффекта Фарадея поворачивается на 45° относительно исходной плоскости поляризации. Дихроичный анализатор 10 настроен на пропускание излучения с плоскостью поляризации, совпадающей с плоскостью поляризации прямого луча, прошедшего через магнитооптический ротатор 8, поэтому прямой луч проходит через дихроичный анализатор 10 без ослабления. Обратный луч, пройдя через дихроичный анализатор и магнитоопти- ческий .ротатор 8, имеет плоскость поляризации, повернутую на 90° относительно плоскости поляризации прошедшего через дихроичный поляризатор 1 прямого луча. Светоделительное зеркало 7 часть обратного луча направляет на фотоприемник 12. Электронный компаратор 13 сравнивает сигналы с выхода фотоприемника 12 и источника напряжения 14. Если сигнал с выхода фотоприемника 12 меньше сигнала с выхода источника напряжения 14 (первый режим работы), то сигнал, подаваемый с выхода электронного компаратора 13 на первый вход электронного ключа 15, равен нулю, вследствие чего электронный ключ 15 не пропускает сигнал с выхода генератора 16 на выходы возбудителей первого сканирующего устройства 5 и второго сканирующего устройства 6. Обратный луч после светоделительного зеркала 7 проходит через первое и второе сканирующие устройства 5 и 6 без изменения направления распространения, далее он проходит через вторую собирающую линзу 4, диафрагму 3, первую собирающую линзу 2 и гасится дих- роичным поляризатором 1. Если сигнал с

выхода фотоприемника 12 больше сигнала с выхода источника напряжения 14, (второй режим работы), то электронный компаратор 13 подает на первый вход электронного

ключа 15 сигнал, достаточный для открывания электронного ключа 15. В результате этого сигнал с выхода генератора 16 попадает на вход возбудителя первого сканирующего устройства 5 и на вход

фазовращателя 11, который осуществляет сдвиг фазы проходящего через него сигнала на п 12. Сигнал с выхода фазовращателя 11 подается на вход возбудителя второго сканирующего устройства 6. Обратный луч поеле светоделительного зеркала 7 проходит через второе сканирующее устройство, которое осуществляет периодическое измене- ние направления распространения обратного луча по гармоническому закону с

частотой, равной частоте сигнала на выходе генератора 16. После прохождения через первое сканирующее устройство 5 обратный луч осуществляет периодическое изменение направления распространения по

гармоническому закону в плоскости, перпендикулярной плоскости сканирования второго сканирующего устройства 6, причем фазы колебаний направления распространения обратного луча в этих плоскостях

отличаются на п /2. (Этот фазовый сдвиг создает фазовращатель 11),

Совокупность двух пространственных колебательных движений в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с фазовым

сдвигом между собой, равным п /2, представляет собой движение обратного луча в пространстве по эллипсу, если амплитуды отклонения обратного луча в первом и втором сканирующих устройствах 5 и 6 не равны между собой. (Если эти амплитуды равны между собой, то обратный луч будет дви-. гаться в пространстве по круговой траектории). Период движения обратного луча по эллипсу (или кругу) будет равен периоду сигнала на выходе генератора 16. После прохождения через вторую собирающую линзу 4 сфокусированное пятно обратного луча будет двигаться по диафрагме 3 по эллиптической (в указанном выше частном случае - по

круговой) траектории. Параметры первого и второго сканирующих устройств 5 и 6 подобраны таким образом, чтобы сфокусированное пятно при движении по эллиптической (или круговой) траектории не попадало в

центральное отверстие диафрагмы 3. Участок диафрагмы 3, на котором осуществляется преобразование энергии обратного луча в тепловую энергию, будет двигаться по диафрагме 3 по эллиптической (или крусовой) траектории. Чем больше амплитуды отклонения обратного луча в сканирующих устройствах 5 и 6, тем больше площадь участка диафрагмы, на котором происходит преобразование энергии обратного луча в. тепловую энергию, тем выше лучевая стойкость оптического вентиля. Таким образом, если мощность обратного луча превышает некоторое наперед заданное значение, определяемое величиной сигнала на выходе источника напряжения 14, то обратный луч гасится не на дихроичном поляризаторе 1, а на диафрагме 3, которая обладает значительно более высокой лучевой стойкостью, чем дихроичный поляризатор 1. Если все-таки какая-то часть обратного луча пройдет через отверстие в диафрагме 3, то она пога- сится на дихроичном поляризаторе 1. Следовательно, дихроичный поляризатор 1 оказывается защищенным от воздействия на него обратного луча высокой мощности. Порог срабатывания системы управления определяется величиной сигнала на выходе источника напряжения 14.

Таким образом, предлагаемый оптический вентиль имеет два режима работы в зависимости от мощности обратного луча (помехи), При малой мощности обратного луча (меньше порогового значения) оптический вентиль работает в первом режиме и выполняет при этом две функции: пропускает луч от источника оптического излучения в прямом направлении по оптической оси и защищает источник оптического излучения от воздействия на него обратного луча. При высокой мощности обратного луча (больше порогового значения) оптический вентиль работает во втором режиме и выполняет при этом только функцию защиты источника оптического излучения от воздействия на него обратного луча (т.е. в этом режиме прямой луч проходит последовательно через работающие первое и второе сканирующие устройства 5 и 6, то прямой луч отклоняется от оптической оси и при этом его центр движется в пространстве по круговой (или эллиптической) траектории).

Конструктивная реализация описанного оптического вентиля не вызывает затруднений, т.к. все его элементы являются стандартными и широко применяются в оптике и электронике. Вместо двух последовательно расположенных сканирующих устройств может быть использовано моноблочное двухкоординатное сканирующее устройство. Вместо совокупности фазовращателя и двух сканирующих устройств может быть применено круговое сканирующее устройство.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого оптического вентиля по

сравнению с прототипом заключается в повышении надежности за счетувеличения лучевой стойкости вследствие того, что обратный луч высокой мощности гасится на участке диафрагмы 3, площадь которого

значительно больше, чем у прототипа.

Формула изобретения Оптический вентиль, содержащий магнитную систему и расположенные последовательно на оптической оси дихроичный поляризатор, первую собирающую линзу, диафрагму, вторую собирающую линзу, све- тоделительный элемент, магнитооптический элемент, помещенный в поле

магнитной системы, и дихроичный анализатор, а также блок управления, включающий в себя фотоприемник, электронный компаратор, источник напряжения, электронный ключ и генератор, при этом вход фотоприемника связан с одним из выходов светодели- тельного элемента, выход фотоприемника соединен с первым входом электронного компаратора, выход источника напряжения соединен с вторым входом электронного

компаратора, выход которого соединен с первым входом электронного ключа, второй вход которого соединен с выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности за счет увеличения

лучевой стойкости, в него дополнительно введены фазовращатель, и первый и второй сканирующие элементы с взаимно ортогональными плоскостями сканирования, сканирующие элементы расположены

последовательно между второй собирающей линзой и светоделительным элементом, причем выход электронного ключа соединен с входом фазовращателя и управляющим входом первого сканирующего элемента, а выход фазовращателя с управляющим входом второго сканирующего элемента.

Сущность: пропускают оптическое излучение через магнитооптический ротатор и осуществляют движение сфокусированного пятна обратного луча по замкнутой траектории по диафрагме, что позволяет увеличить площадь, на которой осуществляется преобразование энергии обратного луча в тепловую энергию, 1 ил.