Отражательная призма для поворота плоскости поляризации

(5 ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТТКРЫТИЯМ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СВИДЕТЕЛЬСТВ Н АВТОРСНО атмосеры ис в4,4 (088.8 ССС 1966,СОР198 идет 1 тел 2 1 ел ьст 1/ОП,спидет, О 0 ство 5/04(54) ОТАУ 1 АТ 111 ТА ПЛОСКОСТИ ПО 1 (57) Изобретение кому приборостро устройствам для поляризации. Отр М ПРИЗИА ДП11 РИ ЗА 111относится к оОВО 1 тичесю, в частно орота плоск сти к1 с тизма ьнаяе грдолцог ержит три о дждю глома тдкх рдс- утренположенные под унего отражения,входную обеспечивает поворот ризации на 60 прот оИзобретому прибо е относится к оптичеслоскост полячасовой стрелостроени, н частностиам для поворота плоскос оиств и. О - изображеныугому дльтерндчем цд Ф, 3 монолитного блоа Лиг, 3 - иг. 1 мы, отвечающие др ому варианту, при ражена призма из оляризаци Целью и обретения является уменьь света нд отражение иа плоскости поляьцый здлдццый р ,шение поте обеспечени поворотпроизвол изо ка, пол беспеч изации а Аиг. изации ющая по 60 по плоскост угол О.На сди чдсово стрелднлецд призма, темы трех скле 4 - предс 1 ийигечающие ке; 2 - изображены первому из двух днтов, причем я на г. 1, обесоскост. поляризапо часовой стрелдженная цд 1 иг.2,выполненная енных меду в ниде си собой бок призмы, отв альтернатив ными гр вар ризм, тплоскост хе обеспечивающая поворотополяризации нд 60 по чдсе; на биг. 5 - изображенамонолитного блока, обеспе изма, из чивает п брджен от пл овои стрпризма ции на уго а призма, изо(56) Авторское сн204456, кл, П 0АвторскоеН" 1144073, к выходную грани, рдсполохеццые под уг,.лом 1 рюстера к оптической осиОтрахдлщие грани призмы ориетрозднь отосительно друг друга и отцостельновхс дной и выходной граней под соответствующими углами. Приведены соотношения для вычисления этих угловв зависимости от показа гелярелоле -ния материала призмы и от заданногоугла поворота плоскости поляриздщ,ьлагодаря такому вьпо цию призмыуменьшаются потери светл цд отрдхениеи обеспечивается поворот плоскостиполяризаци нд произвольцп угол.Призма может быть вьполцецд кдк измонолитного блока; тдк и в виде системы из трех склеенных .ежду собойбоковыми гранями отрдждтелгх призм,Па первую отражаюую грдц может бытьнанесено отражающее поритс. 2 з.п. СФ - лы, 1 О ил,(= агсТр 1либо под угломпричем перваятогональна пло ф ко входной грани,скость отражения орсти преломления све -агсср,ражения ортогональотражения, третья сположена под угвторая плоскость о на первой плоскост отражающая грань р ом од углом либо, соответствен л жающей г ои о приче агсСр бо, соответственн орой отражающей госкость отраженияоскости отражения под углом Я к ани, причем трет ртогональна второ расположена под м а выом ло чивающая поворот плоскости поляризаоции на 60 против часовой стрелки; на йиг, 6 - представлена призма, выполненная в виде системы трех склеенных между собой боковыми гранями призм, также обеспечивающая поворот плоскосоти поляризации на 60 против часовой стрелки, на Ьиг. 7-8 - изображены две призмы из монолитного блока а1 10 на Аиг, 9, 10 - две призмы, выполненные в виде системы трех склеенных между собой боковыми гранями призм, обеслечивающие поворот плоскости поляризаоции на 9015Па чертеже и в тексте приняты следующие обозначения:М, - угол поворота плоскости поляри зации 1Е - направление колебаний электри 20чЕского вектора в световомпучке; и - показатель преломления материала, из которого изготовлена призма,Ц - угол Брюстера, определяемыйравенством= агсср и.= агср 1 (и) (1 - совК) 11 В отражательной призме, содержащей три отражающие грани, расположенные под углом полного внутреннего отражения по отношению к падающему на них с внутренней стороны световому пучку) а также входную и выходную грани, входная и выходная грани расположены под углом Брюстера к оптической оси, т.е. к световому пучку, первая отражающая грань расположена под углом тового пучка либо, соответственно,совпадает с ней, вторая отражающаягрань расположена под углом 211 2 агсСд бо, соответственно, под уг первой плоскости отражени дная грань расположена пои + 2 псоя+ 1 равным агсг2 п 2 (1 - соя о) либо соответственно 90 - О/2, лотретья представляет собой прямую усеченную призму, которая ьмеет в основании пятиугольцк с,цумл цря мыми углами третьим углом рлцьгчоЙ 135 + 1/2и четвертым углом, рлвОным 45 + 1/2причем одцд Гквля грань составляет с основанием угол Грюстера, либо соответственно прямую призму, имеюную в основании четырехугольник с двумя прямьми углами и третьим углом, равным углу 1 рнстерл. На первую отраждюную грань может быть нанесено зеркальное покрытие,На фиг, изображена отражательная призма для поворота плоскости 35 40 поляризации линецно поляризовацного света на угол 1 = О по члсоойострелке (если смотреть вдог, первоначального направления распространения 45 светового пучка). Входная грань приз - му АВСЛ располагается под углом рюстера к световому пучку, причем она составляет с гранью АВ 1,ЕГ угл, равный углу Брюстера. 11 ервля отражаюая грань НК М ортогональнл грльц АВ 1,ЕЕ и расположена под углом 7 ко входной грани, вторая отражающая грань ЕОТ расположена под углом ц к граниАВ 1.ЕР и под углом к первой отражающей грани, третья отраждншля грань ТТЯЙИ расположена под угломко второй отражаюгей грани и ортогоцлльна грани РОРЯТ причем грянь РОВВт солибо, соответственно, под углом 90о к третьей отрлжлюнцй грани, причем плоскость преломления ортогоцлльцд третьей плоскости отражения иГо,5 соответственно, совпадает с цей.Призма может быть выполнена в виде системы из трех склеенных между собой боковым гранями отражательных призм, первая из которых представля ет собой прямую усеченную призму, имеющую в основании пятиугольник с двумя прямыми углами и двумя угламиоравными 135 - 1/2причем одна боковая грань составляет с основанием угол Брюстера, либо прямую призму, которая имеет в основании четырехугольник с двумя прямыми углами и гтретьим углом, равным углу Врюстера, вторая представляет собой прямую приз му, имеющую в основании равнобедренную трапецию с углом при основании,ставляет со второй отражаюей гранин угол цвыходная грань ЯТЛ расположена под угломк третьей отрлждюней грани и под улон 1 рнс тер к грани РО;"тПризма действует се.уюни обрлзом.Световой пучок, полярцз тлццый в плоскости, параллельной Гоковой грани ВС 11., падает на вхоную грлць призмы АВСП под углом Врюстерл. При этом для указанной поляризации световой пучок без отрлжсция проходит вцутрь призмы, следуя в цей пдраллельно грани АИ.ЕЕЗатем световойпучок испьт цет полное вцтреццееотражение от герво орджлне грани Е 1 Л при ем плдднгий и отраженный световые пучки поляризованы ортогондльно первой плоскости отражения, а угол падения светового пучка на грань НЕ 1, равен 45 -- , Потомосветовои пучок испытывает полное внутреннее отражение от второй рлжлюей грани ЕГОР причем плднний ц отражен световые пучки потярц з лцы вовторой плоскости с трлжец, л уголи;здеция светового пучка цд граньЕГО 1 Т равен 90 -. Влтем световойоучок испьтьцлет плное утреннее отражение от третьей отражающей грани ТОР причем пл,вВ ц отрлжеццый световые пучки поляризолцы ортогональцо третьец плоскости стрлжения, а угол падения свето ого цукл нл грань ТОЕТ равен 45/2. Потом световой пучок без отажелия вхо)ит из призмы под углом 1 рнс терл к выходной грани ВТДТ, причем цдпрлпение светового пучка сопл;дет с. первоначальным, а плоскость поляри льци па - рдллельна боковым граням 1 Ю и ОРТЧ, следовательно, повернута цл угол , =60 по часовой стрелке, Анализ условий отражения показылет, что единственной проб:емой явл:тся обес - печецие полного внутреннего отражения от первой отражающей гр,цц, тдк как угол падения светового у кл ца эту грань меньше 45 , тлк напримеродля и = 175496 получаем, что можно обеспечить выполнение условия полного внутреннего отражения для значений угла поворота плоскости поляризации( 72,5 . Если требуется призма для значений О больших указанной величины, необходимо нанести цл пер-, 1657935вую отражающую грань зеркальное покрытие. Поскольку потери на таком покрытии могут быть сведены к незначительной величине, наличие одного зеркального покрытия не окажет существенного влияния на параметры призмы,Призма может быть выполнена в виде системы трех склеенных между собой боковыми гранями отражательных призм АВЬКГВСИНС УСРОЕИ)11 и РГ 1 кБТЧО 1 П 1. Призма АВЬКРПС 1 ПЩ имеет в основании пятиугольник, в котором, АВ 1, = 1,АРК = 1- 90 ,ВЬК =1,КР = 135 - ф-, боко 15 вая грань АЛСП составляет с основанием угол, равный углу Брюстера, а остальные боковые грани ортогональны основанию, Призма ЕСРОЕП 1111 прямая имеет в основании равнобедреннуютрапецию с углом при основании ГГО = =,Г РОГ = 9011 ризма ГОКБТЧОЯ 1 имеет в основании пятиугольник, в которомЙБТ == ЕКТР = 90,ОКЯ = 135 + - РЯК = ц 5 + - боковая грань КТО2составляет с основанием угол, равный углу Брюстера, а остальные боковые грани ортогональны основанию. Склеивание призм между собой производится канадским бальзамом. Это необходимо для уменьиения потерь света на отражение от мест склейки.На фиг, 2 изображена отражательная призма для поворота плоскости поляриэа 1 ции линейно поляризованного света на 4 О угол Ы = 60 против часовой стрелки. Эта призма обладает теми же признаками, что и призма, изображенная на фиг. 1,так как является ее зеркальным вариантом. Различие между этими 45 двумя вариантами заключается в ориентации первой отражающей грани, что приводит к различному направлению отклонения светового пучка этой гранью: в призме, изображенной на фиг, 1, первая отражающая грань отклоняет световой пучок на угол 90 +против часовой стрелки, если смотреть со стороны грани СОСНИ, а в призме изображенной на фиг. 2 первая отражающая грань отклоняет световой пучок на55 угол 90 ф +,по часовой стрелке, если смотреть со стороны грани СПСНИ. Обозначения граней на фиг. 2 таково,что к изображенной на ней призме полностью применимы описание устройства и действия призмы, изображенной на фиг. 1 (с той только разницей что направление поворота плоскости поляризации меняется на противоположное).На фиг. 3 изображена отражательная призма из монолитного блока для поворота плоскости поляризации линейно поляризованного света на угол К =й60 по часовой стрелке. Входная грань призмы АВГП расположена под углом Брюстера к световому пучку, первая отражающая грань ВСЕР ортогональна входной грани, боковая грань АВГС ортогональна граням АВСП и ВСГГ, вторая отражающая грань СНК О, расположена под углом / к первой отражающей грани ВГЕР и составляето ОСугол 180 -- с боковой гранью АВГС,третья отражающая грань ИМОР расположена под угломко второй отражающей грани, выходная грань ОРОК ортогональна третьей отражающей грани ИЗМОР, боковая грань Ю 1 Р(1 ортогональна граням М 1 ОР и ОРК и составляет угол 180Ы- со второй отражающей гранью2СНК 1Призма действует следующим образом, Световой пучок, ортогональный лицевой грани призмы АГНЯТР и папяризованный в плоскости, параллельной боковой грани МРС, падает на входную грань призмы АВГП под углом Брюстера Чи без отражения проходит внутрь призмы. Затем световой пучок испытывает полное внутренне отражение от первой отражающей грани ВСЕР, причем падающий и отраженный световые пучки поляризованы в первой плоскости отражения, которая совпадает с первой плоскостью преломления и параллельна грани АВГС, а отраженный световой пучок параллелен лицевой грани призмы АСНБТП. Потом световой пучок испытывает полное внутреннее отражение от второй отражающей грани СНКЬ, причем падающий и отраженный световые пучки поляризованы перпендикулярно второй плоскости отражения, так как она ортогональна первой плоскости отражения. Затем световой пучок испытывает полное внутреннее отражение от третьей отражающей грани МООР, причем падающий и отраженный световые пучки поляриэо1657935 О 1 О 15 под углом наны в третьей плоскости отражения, так как она ортогоцальна второй плоскости отражения, Потом светоной пучок без отражения выходит из призмы под углом 1 рюстера к выходной грани ОРГ)с, причем направление светового лучка совпадает с первоначальным, а плоскость поляризации параллельна боковой грани КИРГИЗ, слетонательно пооУ вернута на угол Г = 60 по часовой стрелке.На Лиг. 4 представлена отраждтелтная призма для поворота плоскости поляризации линейно поляризованного света на угол К = 60 по часовойострелке, ныполненная в виде системы трех склеенных между собой бокови гранями отражательцих призм. Все три призмы прямые. Призмы АВГГ 1)СГТ и ЯРИККОИЧ идентичны и имеют в основа - нии четырехугольник, например АВ 1)Г:, в котором АВР = с.АГГ = 90, а ВГГ =(О = агср и. Призма Г:ИЫТ 1 ХСЛ имеет в основании равнобедренную трапею с углом при основании ТГН = 90- 60о2 Призма действует точно так же, как и изображенная на г, 3, так как 30 взаимное расположение всех рябо-шх граней такое же. Обозначение граней на с)иг. 4, такового, что описаие действия призмы, изображеццоц ця Фиг. 3, полностью применимо и к приз ме, изображенной на 5 г. 4.На Аиг. 5 изображена отражательная призма из монолитного блока для поворота плоскости поляризаии линейО но поляризованного света ця угл ОГ,= - 60 против часовой стрелки. ЗтяОпризма обладает теми же призякямт, что и призма, изображенная ца )иг,3, так как является ее зеркдльцим нари 45 антом. Различие между этими двумя вариантами заключается в ориентации второй отражающей грани, что принодит к различному направлению отклонения светового пучка этой гранью: в призме, изображенной на )иг. 3, вторая отражающая грань отклоняет световой пучок на угол )4 по часовой стрелке, если смотреть вдоль первоначального1 2 -( - (и - 1) агс 1 ри на пращ ецця рдспр ос тра нс ни я с вето ног опучка, а н ттриз(, з брджеццой цдтиг. 5 - цд уггл К, протв часовойстрелю, Гтбозтея гр нд лг. 5таково, что к и.брдкецц(й ца цейпризме полцс)стью причпми описание устройства денс тя при зми,изображенной цд с)г, 3.На (2)иг. 6 прдстдвлеца отражательная призма дпя повор)тдпс)скостиполяризации лицецноолярзовдцногоосвета на угол с. = 60 против часовойстрелки, выполценная в гиде системытрех склеенных между собой Г)оковимигранями отраждте;тьи призм. Все трисоставляюг(ие пр: ми точо тдкце жс.кяк и в призме, изобряжеццои ца)иг. 4. Рязлчс с)ст 1 т лпп. в ихвзаимной оретя, которая прводитк тому, что призма, изобрджеццдяна Аг 6, является зеркя:т цым вдри -ацтом призмы, зобрсткетой ня )тг.4.На Атг. 7-10 зобрджспи вдрянтыотражательной при)и дпя поворотаплоскости поляри )д( лиейцо поляризе)дного светя цд с) Г, 1( кл т ку нетразличияекчу пс)1рт;(ячс к)ститолярз светя цд 90 пр 1 в часовой стрелки и цд 90 и( чдс(вой стрелке, возмс)жни две ицз)и 1 монолитно ГО бЛОКя И дВЕ ПрИЗМИ, вПтс)ЛСЬЕ в виде системы трек с клцнии межпу собой боковтми рдця. ттр)м, обеспечивающие поворотноскостц почяри - зядии нд 90)ормула из обретения 1. Отражательная при )д дпя поворота плоскости поляр 1:т цс.йцо ПОЧЯРИЗОВЯНЦОГо Свата, (-с;ЕРждПДЯтри отражаю 1(е грди,;,с положенныепод углом полного вцу-реццг с трякения, а также входнуюнии(лцуюграни, о т л и ч а ю щ д я с я тем,что, с целью уменьпения потерь света на отражение и обспеце 1 я поворота плоскости поляриздн цд произвольный заданный угол К, (и(лцдяи выходная грани распо.ожн под углом Врюстеря к оптической сс, перная отражаю 1 ая грань ртсссожея1657935 2- соя . я) 1 - (п 2 - 1) оя О++ и 1 1агсгри соя) 1 + (и " 1 соответствен тражаю рань расположен ядп ло 1 - соя 1 - созе и гсСр- соя соответственно ц( п 2- + - ядп2 и+1 2 гся дп сгри о, 9 1, о соответствен аюгей грани. Призма по п я тем, третье агс а нно 90 -., а тро Ой прямую усеченнуюмеет в основании .умя прямыми углами ибо, соответств редставляет соб юща яс в виде сис что она выполнена етья з трех склеен ными граням ыхтраж ежду ельн собо призму, которая пятиугопьник с д ыхеннуютии 4 призму, имеющую угольник с двум двумя углами,в основании п я прямь равными углам35 О ло ань сос яе тера, ли призму, имеехугольник с третьим угло авл яет о прясновани глусобой 2, о т л ито на первую ванин при но з ное где и - показатель преломления матевнриала призмы, либо 90 к входном грапризм, первая из котовляет собой прямую усе 1, (и - 1) (1 - соя-- агсср 2(и + 1) ядпоС причем одна боковая грань сос с основанием угол Брюстера, л мую призму, которая имеет в о четырехугольник с двумя прямь лами и третьим углом, равным Ирюстера, вторая представляет прямую призму, имеюцую в осно равнобедренную трапецию с угл основании, равным ни, вторая отражающая грань расположена под угломк первой отражающей грани, треть к второй отражающей грани, а выходая грань расположена под углом третьим углом, равным 135 +(и) (1 - сояК)и четверн1 равным 45 + - агсср 2Э причем одна боковая гр с основанием угол Брюс соответственно, прямую ющую в основании четыр двумя прямыми углами и равным углу Брюстера.3. Призма по пп. 1 ч а ю щ а я с я тем, отражающую грань нанес покрытие.