Способ фильтрации оптического излучения

ООЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКЕСПУБЛИК 8108 б 8 А 9) О) 1)5 6 02 В 5(20 ОПИСАН Е ИЗОБРЕТЕ ИДЕТЕЛЬ К АВТОРСКО 2 ий физико-хиКарповатин и М,Ф, ЩаТИЧЕСКОция излучения, вской спектро" .ения: способ: зованного опствляется исГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(54) СПОСОБ ФИЛЬТРАЦИИГО ИЗЛУЧЕНИЯ(57) Использование: фильтрав частности, в лазерной оптичскопии. Сущность изобретфильтрации линейно поляритического излучения осуще Изобретение относится к оптике и может быть использовано в спектральных приборах и других системах, использующих линейно поляризованный сеет, где необходимо отрезать длинноволновую часть излучения и плавно менять граничную частоту пропускания.Целью изобретения является повышение эффективности фильтрации путем увеличения .крутизны спектральной характеристики и уменьшения потерь нэ отражение при отрезании длинноволнового неполяризованного излучения от линейно поляризованного коротковолнового, а также расширение угла и диапазона пере-. стройки.На фиг. 1 схематически представлена возможная конструкция фильтра по заявляпользованием двух расположенных зеркально относительно плоскости, перпендикулярной оси светового пучка, призм из прозрачного материала, выполненных в виде параллелепипеда, с поглощающими слоями вдоль боковых граней воздушным промежутком, Призмы установлены с возможностью поворота вокруг осей; проходящих через центр входной грани первой и выходной грани второй призм перпендикулярно основаниям призм. Плоскости главного сечения призм фильтра расположены в плоскости поляризации фильтруемого света; величина острого угла призм и расположение граней призм относительно пучка света, а также соотношение размеров граней призм и сечения фильтруемого пучка света рассчитываются по формулам, 2 ил. емому способу, .сечение; на фиг. 2 - спектральная характеристика фильтра (сплошная линия) в сравнении с прототипом (пунктир) для пучков с угловой апертурой 2 х х 10рад.Коллимированный пучок света с коротковолновой компонентой (т.е. для Л-р), . поляризованной в плоскости падения, падает на входную грань призмы-фильтра со стороны тупого угла призмы под углом р 1 (Лгр), близким к углу Брюстера в= р 1 (Ло)= агстдп(А), где п(Ло) - показатель п реломления для некоторой длины волны Л из диапазона перестройки фильтра(см, фиг, 1). Лучи разныхдлин волн диспергируют на этой грани, в результате падая на отражающую грань под разными углами, причем поляризованный коротковолновый свет проходит черезХ,где в - число отражений от ограней в одной призме,Х- длина пути луча света в од ажающих й призме преломляющую грань практически без потерь, а. неполяризованный длинноволновый частично отражается. Величина острого угла призмы а определяется выражением а = =а(3 вЛо)+р(3 в,Ло) = агстц 1/и Я,) + +агсз 3 и 1/и (Л), где уа (3 в, Яо) = агсщ 1/и До) - в - угол преломления на входной грани призмы лучей с длиной волны Л = Лопри падении под углом р = 3 в, а щ (3 в, Ло) =агсзи 1/и(М) - предельный угол полного внутреннего отражения для лучей с длиной волны Л = о, При падении на входную грань призмы-фильтра под углом р =р (Ар) лучисдлинами волн Л 4 попадают на отражающую грань под углами, большими предельного угла полного внутреннего отражения. и отражаются без потерь, На выходную грань призмы эти лучи попадают под углами 1 щ (р 3, Л, близкими к углу Брюстера Гв = дЪ (3 в. Яо) для света с длиной волны Л = Ло, и проходят через эту граньпрактически без потерь. Лучи различных длин волн выходят иэ первой призмы параллельно йсходному пучку, но имеют разное смещение относительно него, После прохождения второй призмы-фильтра, расположенной зеркально первой относительно плоскости, перпендикулярной оптической оси фильтра, лучи разных длин волн вновь соберутся в общий пучок, являющий. ся продолжением исходного. Лучи с длинами волн, большими Ар. будут падать на отражающие грани под углами, меньшими предельного угла полного внутреннего отражения и отразятся лишь частично, а частично пройдет через отражающую поверхность и будут уловлены поглощающим слоем. Коэффициент отражения обусловлен не только дисперсией углов полного внутреннего отражения, а существенно уменьшается в результате возникновения разности. углов падения на отражающую грань для лучей разных длин волн за счет дисперсии на входной грани призмы, До- полнительное отрезание неполяризованного длинноволнового света происходит благодаря отражению от преломляющих граней призм фильтра, Коэффициент пропускания фильтра в области ЬрЛ для неполяризованного света и идеально сколлимированного пучка определяется выра- жениема (Л ) - коэффициент светопоглощения материала призмы.Коэффициент гр=.гр(р 1, Л), с 3=сЬ(р 1, Л) и г=г(р 3 Л ) определяются формулами Френеля и равны соответственно 4 3 Я 31 Я 10и 2р 1 + уг (р 1 Л) и з 3 п3,Л -Я 43,у"3,ЛЯз 3 и 2 рз (р 3, Л) + р (1 л 3, Л)где р 4(р 1,Л) = агсз 3 и (и (Л) з 3 и (а- агсз 3 и х 20 х - д-) - угол преломления на отражаюз 3 иифщей грани призмы, Перестройка фильтра осуществляется зеркальным поворотом призм относительно осей, проходящих через центр входной. грани первой призмы и 25 центр выходной грани второй призмы перпендикулярно основаниям призм. Размеры а и Ь фильтра связаны с толщиной сГколлимированного пучка соотношениями; Ь= - (2 а - 1)3 ц уз"+(2 в+1)3 ц репф" иа 1,15 о тц а,и Лгде рз " а агсз 3 и з 1 и(а -агсз 3 и 1/и хи(Лр )х( Жр, а рз"д=агсз 1 и 1/и( Лгр"); в -число отражений в одной призме, . Преимущества, которые обеспечивает 40 предлагаемый способ, проиллюстрированыграфикамиприведенными на. фиг, 2. Изображены спектральные характеристики .фильтров, изготовленных из стекла марки ТФ 4 при числе отражений в одной призме 45 в=4 и пучке круглого сечения. Расходимостьпучкарад, Сплошнымилиниямидана характеристика фильтра, реализованного в соответствии с заявляемым способом; пунктиром - прототипа, Знаками "//" и "/." по мечены спектральные характеристики длясоответствующих компонент фильтруемого света, Видно, что преимущества предлагаемого способа состоят не только в большей крутизне спектральной характеристики, да же в случае расположения главного сеченияпризм фильтра-прототипа в плоскости поляризации фильтруемого света, но и в более высоком пропускании именно поляризован,- ного в плоскости падения коротковолнового излучения, Увеличивается и угол перестройки фильтра; при перестройке от Ар=488 нм до Ягр=514,5 нм необходимо повернуть каждую призму фильтра в заявляемом устройстве на 461,2", а в прототипе - на 1434.2 . Формула и зоб ре те ни я Способ фильтрации оптического излучения, заключающийся в пропускании излучения через две расположенные зеркально относительно плоскости, перпендикуляр-. ной оси светового пучка, призмы, установленные с возможностью поворота вокруг осей, проходящих через центры входной грани первой призмы и выходной грани второй призмы перпендикулярно основаниям призм,отличающийсятем,что,сцелью повышения эффективности фильтрации путем увеличения коутизны спектральной характеристики и уменьшения потерь на отражение при отрезании длинноволнового неполяризованного излучения от линейно поляризованного коротковолнового, а также расширения угла и диапазона перестройки, плоскость поляризации коротковолновой части фильтруемого излучения совмещают с плоскостью главного сечения призм, а острые углы призм-фильтроввыбирают. равнымиа = агс 19 (1/и Ро + агсз 1 п (1/и (Ямин (( 1 макс)5 Игр,Ягр"1 - диапазон перестройкифильтра,причем угол поворота призм равен;д 71 Ргр) = агсз 1 п (пЯгр) з 1 п (а 10 - агсз 1 п (1/и (Лр,а толщина а призм и длина Ь отражающих граней связаны с толщиной стколлимированного пучка фильтруемого света соотно шениямиЦ(2 п 1) 19 смак+с:(2 гп+1 т 9 змии) иа(1,15 и т 9 Й,где20.макс фз ха агсзп зЬ(а - агсз п(1/и дмин),Тираж Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва,Ж, Раушская наб 45 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина Заказ 1445 ВНИИП