Оптический шарнир (его варианты)

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 51) 602 В ТИИОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Я- общее число таких граней;; - угол между оптическойосью шарнира и нормалью к 1 -ой отражающей грани;д,; - относительный показательпреломления сред, которые разделяет 1 -я отражающая грань.2. Оптический шарнир, содержащий по крайней мере две призменные системы, установленные с возможностью соосного разворота, о т л.и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности при фотометрических измерениях путем обеспечения Я постоянства коэффициента пропуска" ния поляризованного света при развороте, призмы первой системы выполнены из материалов, показатели прелрмленияп,;которых связаны с углами ; соотношением Ф 2 25ерасимовнерная опт1976 ритные расчетыГеолтехиз 2, рис. 142 соб а(.,-.,1 - ,27 где Я ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПС ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(57) 1. Оптический шарнир, содержащий по крайней мере две призменныесистемы, установленные с возможностью соосного разворота, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностейи повышения точности при фотометрических йэмерениях путем обеспеченияпостоянства коэффициента пропускания поляризованного света при разво.роте, первая призменная системаснабжена фазосдвигающей пластинкой,толщина а , а также показатели преломления необыкновенного П и обыкновенного н лучей котоРой удовлетворяют соотношению н с;ееп Ц, - Е. 2 юс 1 ф14 9 МЦ; длина волны падающего света;порядковый номер отражаю-щих граней первой призменной системы;- порядковый номер отражающих граней первой призменной системы;- общее число таких граней; Щ " угол между оптическойосью шарнира и нормалью к ( -й отражающей грани.Изобретение относится к оптическим измерениям и может быть использовано для измерения индикатрисы рассеяния в различных типах гониоспект-.рофотометров, а также .в поляриметрах,эллипсометрах, сахариметрах для повншения точности измерений.Известен оптический шарнир, содержащий две прямоугольные призмы, первая иэ которых установлена с воэмож,ностью соосного разворота отиосительно второй 1Недостатком такого шарнира является поворот изображения, возникающий при развороте первой призмы.Наиболее близким к предлагаемымпо технической сущности является оптический шарнир, содержащий по крайней мере две призменные системы, установленные с возможностью соосйогоразворота. Первая призменная системавключает призмы АР - 90 и БР - 180о опричем вторая из них служит для йомпенсаций поворота изображения, обусловленного разворотом первой призмывокруг оси, связывающей эти призмы.Вторая,призменная система выполненав виде призмы АР - 90 и составляетонеподвижное колено шарнира. Такимобразом, поворот изображения в этомшарнире устранен 2Однако известный шарнир имеетузкие Функциональные возможности,поскольку его нельзя применять дляточных измерений в поляризованномсвете в поляриметрах, Фотометрах,гониоспектрофотометрах и других приборах,где точность измерения снижается за счет дополнительных погрешностей, связанных с поляризациейизмеряемого излучения, ввиду непостоянства коэффициента пропусканияполяризованного света при разворотеукаэанных оптических систем,Цель изобретения - расширениеФункциональных воэможностей и повышение точности при фотометрическихизмерениях путем обеспечения постоянства коэффициента пропускания по"ляризованного света при развороте.По первому варианту поставленнаяцель достигается тем, что в оптическом шарнире, содержащем по крайнеймере две призменные системы, установленные с возможностью соосногоразворота, первая призменная системаснабжена фазосдвигающей пластинкой,толщина 3 , а также показатели пре ломления необыкновенного ое и обыкновенного о лучей которой кдовлетворяют соотношению(2) 25 где- порядковый номер отражающнх граней первой призменной системы;И - общее число таких граней;; - угол между оптическойосью шарнира и нормальюк-й отражающей грани.На фиг. 1 представлена оптическаясхема первого варианта шарнира и,состояние поляризации в его различных частях; на Фиг. 2 - то же, длявторого варианта шарнира.Предлагаемый оптический шарнирпо первому варианту состоит иэ последовательно расположенных фазосдвигающей пластинки 1, призмы 2 40 и призмы 3, составляющих первую оптическую систему, и из второй призменной системы 4. При этом системыустановлены с возможностью соосногоразворота, а параметры пластинки 1 45 удовлетворяют соотношению (1)Фаэовая пластинка 1 может бытьрасположена также и после первойпризмы 2 (на Фиг. 1 показано пунктиром) .Оптический шарнир работает следующим образом.При направлении монохроматического линейно поляризованного света,амплитуды колебаний обыкновенного инеобыкновенного лучей которого одина.ковы, иа фазосдвнгающей пластинке 1происходит сдвиг фазы, рассчитываемый в соответствии с левой частьюуравнения (1). При прохождении светачерез призмы 2 и 3 на каждой из их е 0 отражающих граней также происходитсдвиг фаз, соответствующие слагаемьж суммы Е , приведенной в правой .части соотношения (1), В случае выполнения этого соотношения суммарный сдвиг фаз в первой оптической . и сояц,4 вню б (3(,о -оо) - - - Е 2 агсфе о, Яец где: Ф - длина волны падающегосвета;- порядковый номер отражаю. щих граней первой приэ-.менной.системноМ -. общее число таких граней; у - угол между. оптической 5осью шарнира и нормалью к 1 -й отражающей грани1.- относительный показатель 1преломления сред, которые разделяет-я отражающая 10грань.По второму варианту поставленнаяцель достигается тем, что в оптическом шарнире,содержащем по крайней мере две призменные системы, установ ленные с возможностью соосного разворота, призмы первой системы выполнены из материалов, показатели преломлениян,;которых связаны с углами ц, соотношением20 совцЬР;.4 М 6 мфц,системе, составленной из элементов1-3, равен и /2 и поэтому на выходекз нее линейно поляризованный светпревращается в циркулярно поляризованный, т.е. в шарнире реализуетсяоптическая развязка между системами.Вторая оптическая, система 4 обеспечивает превращение света.с круглой.поляризацией,в свет с эллиптическойполяризацией с любыми параметрами.эллипса поляризации. при этомпоявляется возможность разворачивать этотэллипс иа любые углы вокруг оси вращения без изменения интенсивности.Таким образом, первая оптическаясистема выполняет Функции четвертьволновой пластинки, благодаря чемуудается обеспечить постоянство коэффициента процускания поляризованно-го света вне зависимости от угловразворота подвижного колена шарнира. 20П р и м е р, При выполнении призм2 и 3 оптического шарнира из стеклас показателем преломления, равным1, 5, и соответственно с величинойП а 1, . 0,667 суммарный сдвигфаз Е , возникающий при отраженииот всех, трех граней этих призм сучетом выражения (1) и.равенства,Я,45 , составит величину 108 24.Таким образом, фазосдвигающая пластинка 1 должна иметь сдвиг фазы,равный 18024 у но с Отрицательнымзнаком, т,е. должна сдвигать фазусветового пучка в обратную сторонупо отношению к сдвигам фаз призменных элементов. Из соотношения(1) .З 5следует, что для этого прк, .работе,например, на длине волны 9 =с 0,5461 мкм и при выполнениипластйнки 1 из слюды, для которой( пе - и ) = 0,04191, ее толщина 40должна быть равна д: 1,33 мкм. Приэтом сдвиг фаз в сечении пучка навыходе из первой системы равен н 2,а сам пучок поляризован по кругу.КРоме РассмотРенного случая соз.дания оптической развязки в сеченииоптического пучка между системамишарнира, можно найти такое же сечениемежду призмами 2 и 3 Тогдапризма 3 будет принадлежать второйоптической системе шарнира. В этомслучае сдвиги Фаз рассчитываютсяпо формуле (1), но толщина Фазосдвигающей пластинки 1 будет инойи соответственно сдвиг фазы пластинки 1 будет также другим.Предлагаемый оптический шарнир повторому варианту состоит из последо,вательно расположенных призм 5 и б,составляющих первую призменную систему, а также второй призменной скс- фтемы 7.,При этом системы установлены с возможностью соосного разворота, а показатели преломления материалов призм 5 и б удовлетворяют выражению (2)65 Оптический шарнир работает следующим образом.При последовательном отражении пучка монохроматкческого линейно поляризованного света от граней призм 5 и б первой системы он приобретает сдвиг фаз , соответствующий левой части уравнения (23В случае выполнения этого соотношения, т.е. соответствующего подбора мате- . риала призм, указанный сдвиг .Равен .3/2 При этом на .выходе из первой . призменной системы линейно поляризованный .свет превращается в:циркулярно поляризованный, т.е. в шарнире реализуется оптическая развязка, благодаря которой обеспечивается постоянство коэффициента пропускания поляризованного света вне зависимости От углов разворота систем.Пример. При выполнении призм 5 и б оптического шарнира из одинакового материала сдвиг фаз при отраве. нии от каждой из их граней с учетом выражения (2) и равенства Я; = 45 составит величину 30 . Тогда с учетом тех же факторов имеет место равенство ь;: 0,677, т,е. показатель преломления материала призм 5 и б должен быть равен "/,т= 1,4771. Такой показатель преломления имеет стекло ЛК 10 5Следовательно, при выполнении призм первой системы из этого стекла свет на ее выходе поляризуется по кругу.Первый вариант предлагаемого технического решения целесообразно применять для модернизации существующих шарниров. Для того, чтобы получить круговую поляризацию в сечении светового пучка между оптическими системами, достаточно, не меняя конструкции шарнира, нанести на.переднюю поверхность первой призмы соответствующий слой, например, из слюды, работающий как фазосдвигающая пластинка.Она может быть также заключена в оправу, которая, например, с помощью резьбового соединения соединяет-ся с оправой первого призменного элемента первой оптическойсистемы.Второй вариант предлагаемого технического решения целесообразно применять при изготовлении новых оптических систем.Таким образбм, предлагаемый опты-е ческий шарнир в отличие от известных технических 1 решений обеспечива ет постоянство коэффициента пропускания поляризованного света при соосном развороте оптических систем и тем самым доводит точность при фото- метрических измерениях до 0,5 + 0,1, что позволяет расширить функциональ ные возможности шарнира и впервые .1101770 г.Г оставитель В,Кравченкоехред М.ГергельКор дактор Р. А. Власенк к каз 47 б 1/30Тираж . 497 . .Подпис ВНИИПИ Государственного комитета. СССРпо.делам изобретений.и открытий 13035, Москва,.Ж, Рауюская наб., д. о иал ППП фПатент, г.ужгород, ул.Проектная применить его в целом ряде приборов, таких как поляриметры, эллипсометры, сахариметры и другие, которые получили широкое распространение благодаря своей простоте и высокой производительности,