Оптический фильтр Советский патент 1980 года по МПК G02B5/20 

1

Изобретение относится к устройст вам для фильтрации оптического излучения, и может быть использовано преимущественно для фильтрации диффузного света.

Известны поглощающие, рассеивающие, поляризационные и интерференционные оптические фильтры 1 и 12. Поглощающие фильтры изготовлявзт из материалов, которые поглощают падающую энергию в определенных участках оптического спектра. Такие фильтры имеют относительно широкие полосы пропускания. Рассеивающие фильтры изготавливаются из оптически прозрачных материалов, которые измельчены и взвешены в прозрачной среде с тем же самым показателем преломления на центральной длине волны фильтра. На этой длиневолны фильтр представляет собой оптически однороную среду,на всех других длинах вол частицы рассеивгиот излучение. При этом сравнительно узкая полоса пропускания обеспечивается лишь для коллимированного светового потока при значительной толщине фильтра.Поляризационные фильтры выполняются в виде каскадной конструкции из поляризаторов и фазосдвигающих кристаллических пластин переменной толщины и обеспечивают узкую полосу пропускания для коллимированного и поляризованного светового потока. Самую узкую полосу пропускания при малых углах падения лучей обеспечивают интерференционные фильтры. Наиоольшее применение находит многослойный

диэлектрический интерференционный фильтр, состоящий из чередующихся слоев материалов с высоким и низким показателями преломления, нанесенных на стеклянную подложку. При увеличении угла падения лучей происходят смещение и расширение полосы пропускания фильтра, а также уменьшение пропускания.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является дисперсный оптический фильтр с волоконными элементами {3 , содержащий оптические волокна, помещённые в прозрачную среду, имеющую отличную от волокон дисперсию и одинаковый с волокнами показатель преломления на заданной длине волны. Волокна собраны в пучок, изогнутый по длине. Лучи, ориентированные вдоль определенной оптической оси, входят через первую торцовую поверхность пучка. При этом лучи заданной длины волны после прохождения данно го фильтра, представляющего для них оптически однородную среду, не изме няют своего направления. Лучи других дшин волн испытывают многократные отражения от боковых поверхностей волокон, проходят вдоль всего пучка и проецируются из второй торцовой поверхности под некоторым углом к оптической оси.

Обеспечение узкополосной фильтрации с помощью данного фильтра определяется возможностями канализации лучей, для которых боковые поверхности волокон представляют слабые оптические неоднородности. Это накладывает жесткие требования на допустимый радиус изгиба волокон, что, в свою очередь, приводит к значитель ной толщине фильтра, пропорциональной размерам первой торцовой поверхности. Другим недостатком прототипа является требование параллельности падающих лучей для обеспечения узкополосной фильтрации. Это требование не выполняется в ряде практических применений систем оптической связи, локации и навигации, когда информационные сигналы поступают на вход приемника в виде диффузного светового потока. Такая ситуация, например, имеет место во время тумана, дождя, снегопада, в условиях сильной облачности, а также при работе под водой, В этих условиях применение прототипа как и других известных узкополостных фильтров, позволяет использовать лишь часть палезногоусвета, заключенную в пределах сравнительно малого телесного угла, В оптическом диапазоне качество приема зависит не только от отношения сигнал/помеха, но и от мощности полезного сигнала на выходе фильтра, то есть применение известных фильтров не позволяет добиться высококачественного приема диффузионных световых потоков, что существенно ограничивает возможности ука-. занных систем.

Целью изобретения является улучшение фильтрации диффузионного света с одновременным уменьшением световых потерь.

Поставленная цель достигается тем что диспергирующие элементы выполнены а виде оптических волокон, расположфнных перпендикулярно оси фильтра .и образуют периодическую последова. тельность двумерных структур, .

Конструкция фильтра поясняется чертежом. Для лучшего показа конструкции сделан вырез, по двум взаимно перпендикулярным плоскостям, проходящим через ось фильтра.

Фильтр выполнен в виде периодической последовательности двумерных решеток оптических волокон, расположенных перпендикулярно оси фильтра и

помещенных в прозрачную среду 1. Каждая двумерная решетка, в свою очередь, состоит из двух-идентичных одномерных решеток 2,повернутых на 90 одна относительно другой вокруг оси - фильтра, В качестве примера прозрачной среды 1 для данного фильтра может быть приведен нитрозо-даметил-анилин, Это вещество хорсшо пропускает свет в.диапазоне 0,47 0,70 мкм, имеет чрезвычайно большую

дисперсию и плавится при , В этом случае фильтр может быть изготовлен путем склеивания расплавленным нитрозо-диметил-анилином ориентированных решеток оптических

5 волокон из тяжелого флинта соответствующей марки. Равенство показателей преломления прозрачной среды и оптических волокон любой выбранной длине из указанного диапазона

0 может быть обеспечено путем добавления к нитрозо-диметил-анилину веществ, близких к .нему по физико-химическим свойствам, в частности по температуре плавления, но с существенно отличным показателем преломления, например органического стекла.

Диффузный поток,.представляющий собой смесь полезного и фонового света, падает на входную поверхность

j фильтра. Лучи полезного света проходят через фильтр как через однородную плоскопараллельную пластину, испытывая отражения только от входной и выходной поверхностей. Фоновый

с свет, проходя через фильтр, встречает на своем пути периодические неоднородности в виде решеток оптических волокон. При прохождении, фонового света через решетку все лучи, углы падения которых на волокна решетки достаточно велики, испытывают многократные отражения от боковых поверхностей волокон. В результате часть фонового света будет распространяться вдоль волокон к боковым

5 поверхностям фильтра, то есть на следующ,ую решетку волокон будет падать ослабленный фоновый поток. Для фонового света каждое оптическое волокно является цилиндрической линQ ЗОЙ. Поэтому решетка волокон не только ответвляет часть проходящего фонового потока, но и формирует в нем лучи, способные распространяться вдоль волокон следующей решетки.Рассмотренный цикл повторяется для каждой последующей решетки вплоть до выхода многократно ослабленного фонового света через выходную поверхность фильтра. При этом, как и полезный свет, фоновый поток несколько ослабляется также за счет отражений от входной и выходной поверхностей фильтра,

.Формула изобретения Оптический фильтр, содержащий

диспергирующие элементы, помещенные

в оптическую среду, причем дисперсия последней и диспергирующих элементов различна, а показатели прелом- , ления одинаковы на заданной длине волны, отличающийся тем, что, с целью улучшения фильтрации диффузного света с одновременным уменьшением световых потерь, диспергирующие элементы выполнены в виде оптических волокон, которые расположены перпендикулярно оси , фильтра и образуют.периодическую последовательность двумерных структур.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Пратт в.к. Лазерные систеки связи. Связь, м,, 1972. с. 6163.

2.Борисевич Н.А. и др. Инфракрасные фильтры. Минск, 1971, с. 69 LI1. ф

3.Патент США № 3.244.075, кл. 88-106, 1968 (прототип).