Оптический вентиль

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) 00 е)5 О 0 АНИЕ ИЗОБРЕТЕН 2СКИЙ ВЕНТИЛЬть изобретения: исхоскают через магнитообратный луч перетраектории по диафвеличить площадь,ется преобразованиуча в тепловую энерг(57) Сущносчение пропуротатор, аспиральнойпозволяет.уосуществляобратного л дное излуоптический мещают по рагме, что на которой е энергии ию. 3 ил. мина орт 1 са 1 1 зо 1 ат 982, ч.43,во СССРхождения через первую собира- , вторую собирасканирук) щее рующее устрой- зеркало 7 попаотато 8, Гд еГо ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) В 1 г К,Р. А согпрастОрбсз Согпп)оп 1 сат)опэ.М 2, р.79 - 84.Авторское свидетельМ 1345866, кл. 6 02 Г 3/ Изобретение относится к оптическойтехнике и может быть использовано как элемент оптической развязки и оптической схемотехники,Цель изобретения - повышение надежности за счет увеличения лучевой стойкости.На фиг,1 показана функциональная схема оптического вентиля, который содержитпоследовательно расположенные дихроичный поляризатор 1, первую собира 1 ощуюлинзу 2, диафрагму 3, вторую собирающуюлинзу 4, первое сканирующее устройство 5,второе сканирующее устройство 6, светоделительное зеркало 7, магнитооптический. ротатор 8, помещенный в магнитное полемагнитной системы 9 и дихроичный анализатор 10, Плоскости сканирования первогосканирующего устройства 5 перпендикулярна плоскости сканирования второго сканирующего устройства 6, Система управлениясодержит фазовращатель 11. фотоприемник12, сумматор 13, перемножитель 14, электронный компаратор 15, первый источник на-.пряжения 16, второй источник напряжения17, генератор пилообразного напряжения18, электронный ключ 19 и генератор 20,Фотоприемник 12 расположен на путиотраженного от светоделительного зеркала7 обратного луча, выход фотоприемника 12 соединен с первым входом электронного компаратора 15, выход первого источника напряжения 16 соединен со вторым входом электронного компаратора 15, выход электронного компаратора 15 соединен с первым входом электронного ключа 19, выход генератора 20 соединен с вторым входом электронного ключа 19, выход второго источника напряжения 17 соединен с первым входом сумматора 13, выход генератора пилообразного напряжения 18 соединен со вторым входом сумматора 13, выход сумматора 13 соединен с первым входом перемножителя 14, выход электронного ключа 19 соединен с вторым входом перемножителя 14, выход перемножителя 14 соединен с входом возбудителя первого сканирующего устройства 5 и входом фазовращателя 11, а выход фазовращателя 11 соединен со входом возбудителя второго сканирующего устройства б,Устройство работает следующим образом,Прямой луч после про дихроичный поляризатор 1 ющую линзу 2, диафрагму 3 ющую линзу 4, первое устройство 5, второе скани ство б и светоделительное дает в магнитооптический рплоскость поляризации вследствие магнитооптического эффекта Фарадея поворачивается на 45 относительно исходной плоскастй поляризации. Дихроичный анализатор 10 настроен на пропускание излу чения с плоскостью поляризации, совпадающей с плоскостью поляризации прямого луча, прошедшего через магнитооптический ротор 8, поэтому прямой луч проходит через дихроичный анализатор 10 10 без ослабления. Обратный луч, пройдя через дихроичный анализатор 10 и магнитооптический ротатор 8, имеет плоскость поляризации, повернутую на 90" относи-. тельно плоскости поляризации прошедшегО через дихроичный поляризатор 1 прямого луча. Светоделительное зеркало 7 цасть обратного луча направляет на фотоприемник 12. Электронный компаратор 15 сравнивает сигналы с выхода фотоприемника 12 и пер ваго источника напряжения 16, Если сигнал с выхода фотоприемника 12 меньше сигнала с выхода первого источника напряжения 16, то сигнал, подаваемый с выхода электронного компаратора 15 на первый вход 25 электронного клюца 19, равен нулю, вследствие чего электронный ключ 19 закрывается и не пропускает сигнал с вь 1 хода генератора 20 на второй вход перемножителя 14, т.е, сигнал на втором входе перемно жителя 14 равен нулю, поэтому сигнал на. выходе перемнокителя 14(равный произведению сигналов на его первом и втором входах) равен нулю, вследствие чего сигнал, подаваемый на возбудители первого скани рующего устройства 5 и второго сканирующего устройства 6 равны нулю. При этом обратный луч проходит через второе сканирующее устройство 6 и первое сканирующее устройство 5. без изменения 40 направления своего распространения, далее обратный луц проходит через вторую собирающую линзу 4, диафрагму 3, первую собирающую линзу 2 и гасится дихроичным поляризатором 1, т,к. плоскость поляриза ции обратного луча составляет 90 к оси максимального дихроичного поляризатора 1.Если сигнал с выхода фотоприемника 1250больше сигнала с выхода первого источника напряжения 16, то электронный компаратор 15 подает на первый вход электронногоключа 19 сигнал, достаточный для открывания электронного ключа 19, в результатечего сигнал с выхода генератора 20 попада. ет на второй вход перемножителя 14. Послевключения оптического вентиля генераторпилообразного напряжения 18 вырабатывает пилообразное напряжение, причем величина сигнала на его выходе изменяется от нуля до 0 (фиг.2,а), где 01 в обозначает сигнал на выходе генератора пилообразного напряжения 18, 1 - время), Сигнал 018 с выхода генератора пилообразного напряжения 18 поступает на второй вход сумматора 13, На первый вход сумматора 13 поступает сигнал 017 с выхода второго источника напряжения 17. Величина сигнала 017 выбрана таким образом, что при подаче на выход возбудителей первого и второго сканирующих устройств 5 и 6 гармонического сигнала с амплитудой 017 сфокусированное пятно обратного луча отклонялось бы на величину, достаточную для нахождения сфокусированного пятна обратного луча вне отверстия диафрагмы 3, На выходе сумматора 13 формируется сигнал, равный сумме сигналов с выхода второго источника напряжения 17 и генератора пилообразного нэпржения 18, т,е. на выходе сумматора 13 . сигнал периодически линейно изменяется от 017 до 0+017. затем быстро падает до . величины 017 (фиг.2,б). Этот сигнал попадает на первый вход перемножителя 14.На фиг,2,в приведен график зависимости сигнала 01 д на выходе электронного ключа 19, причем за время от нуля до 1 о электронный ключ был закрыт (сигнал на вь 1 ходе фотоприемника 12 был меньше сигнала на выходе первого истоцника напряжения 16), В момент то сигнал с выхода фотоприемника 15 превысил сигнал с выхода первого источника напряжения 16, при этом сигнал с выхода электронного компаратора 15 поступил на первый вход элект. ронного ключа 19 и открыл его и сигнал с выхода генератора 20 поступил на второй вход перемножителя 14, Сигнал 014 на выходе перемножителя 14 равен произведению сигналов 01 з и 01 д, .График зависимости 014 от времени приведен на фиг.2,г. В интервале времени. от нуля до то сигнал 014 равен нулю, т.к, 01 д = О. При 1 Ь сигнал 014 представляет собой гармонический сигнал, амплитуда которогоменяется по пилообразному закону. Сигнал 014 с выхода перемножителя 14 поступает на возбудитель первого сканирующего устройства 5. Через фазовращатель 11, осуществляющий сдвиг фазы на д/2, сигнал поступает на вход возбудителя второго сканирующего устройства 6, Обратный луч после прохождения через светоделительное зеркало 7 проходит через второе сканирующее устройство 6, которое при тьо осуществляет периодическое изменение направления распространения обратного луча по гармоническому закону с частотой.равной частоте сигнала на выходе генератора 20 и с амплитудой, меняющейся по пилообразному закону.,После прохождения через первое сканирующее устройство 5 обрат н ый луч и ри т 10 осуществляет периодическое изменение направления распространения по гармоническому закону в плоскости, перпендикулярной плоскости сканирования второго сканирующего устройства 6, с частотой, равной частоте ну, Фазы колебаний направления распространения обратного луча в плоскостях сканирования отличаются на ж/2. Совокупность двух пространственных 15 колебательных движений в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с фазовым сдвигом между собой, равным й/2 и с линейно возрастающей амплитудой (прямой ход "пилы"), представляет собой движение обратного луча в пространстве по раскручивающейся спирали. Во время обратного хода "пилы" обратный луч возвращается в точку, соответствующую началу спирали, затем обратный луч вновь начинает двигаться по раскручивающейся спирали. После прохождения через вторую собирающую линзу 25 и сфокусированное пятно обратного луча будет двигаться по диафрагме 3 по раскручивающейся спиральной траектории (прямой ход "пилы"),затем быстро возвращаться в началоспирали (обратный ход "пилы"), после чего повторяется движение по раскручивающейся спирали и т.д. Величина сигнала 017 с выхода второго источника напряжения 17 выбрана такой, чтобы сфокусированное пятно обратного луча на диафрагме 3 в момент начала двикения по спирали находилось вне отверстия диафрагмы 3.На фиг.З приведена траектория двикения сфокусированного пятна обратного луча по диафрагме 3 при 11 о.Таким образом, если мощность обратного луча превышает некоторое наперед заданное значение, определяемое величиной сигнала на выходе первого источника напряжения 16, то обратный луч гасится 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 погасится на дихроичном поляризаторе 1.Следовательно, дихроичный поляризатор 1 в описанном оптическом вентиле оказывается защищенным от воздействия на него обратного луча высокой мощности. Порог срабатывания системы управления оп 30 35 40 45 50 55 сигнала на выходе генератора 20 и с амплитудой, меняющейся по пилообразному зако ределяется величиной сигнала на выходе первого источника напрякения 16.Таким образом, предлагаемый оптический вентиль имет 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 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.к. в этом режиме прямой луч проходит последовательно через работающие первое и второе сканирующее устройства 5 и 6, то прямой луч отклоняется от оптической оси и при этом его центр движется в пространстве по спиральной траектории).Конструктивная реализация описанного оптического вентиля не вызывает затруднений, т,к, все его элементы являются стандартными и широко используются 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, в котором угол сканирования зависит от амплитуды подаваемого на его управляющий вход сигнала,Технико-экономическая эффективность предлагаемого оптического вентиля по сравнению с прототипом заключается в повышении надежности за счет увеличения лучевой стойкости вследствие того, что обратный луч высокой мощности гасится на участке диафрагмы 3, площадь которого значительно больше, чем у прототипа. В прототипе энергия сфокусированного обратного луча преобразуется в тепловую энергию в пределах круга с радиусом, равным радиусу сфокусированного пятна обратного луча, В этом оптическом вентиле параметры входящих в его состав элементов могут быть подобраны таким образом, что сфокусированное пятно обратного луча при движении по спирали за время прямого хода "пилы" покроет всю поверхность диафрагмы 3 без пропусков. Тогда отношение К площадей, на которых происходит преобразование энергии обратного луча в тепловуюэнергию в предлагемом оптическом вентиле и прототипе, будет иметь вид К - ,н-,Р а-Ю, лг г . 5гд р - радиус диафрагмы 3; гд радиус отверстия в диафрагме 3.Если радиус отверстия в диафрагме 3 равен радиусу сфокусированного пятна обратного луча, то формула для К примет вид К=( - ) Р 2 гд Так как Вд гд, то К 1, т.е. площадь участка диафрагмы 3, на котором происходит преобразование энергии обратного луча в тепло вую энергию в предлагаемом вентиле значительно больше, чем в прототипе,Таким образом, оптический вентиль обладает более высокой надежностью за счет увеличения лучевой стойкости, чем прото тип,Формула изобретенияОптический вентиль; содержащий магнитную систему и последовательно распо ложенные вдоль оптической оси дихроичный поляризатор, первую собирающую линзу, диафрагму, вторую собирающую линзу, светоделительный элемент, магнитооптический элемент, помещенный в 30 поле магнитной системы, и дихроичный анализатор, а также блок управления; включающий в себя фотоприемник, электронный компаратор, первый источник напряжения,электронный ключ и генератор, при этом вход фотоприемника оптически связан с одним из выходов светоделительного элемента, выход фотоприемника - с первым входом электронного компаратора, второй вход которого соединен с выходом первого источника напряжения, а выход электронного компаратора соединен с первым входом электронного ключа, второй вход которого соединен с выходом генератора, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности за счет увеличения лучевой стойкости, дополнительно введены фазов,ращатель, сумматор, перемножитель, второй источник напряжения, генератор пилообразного напряжения, а также первый и второй сканирующие элементы с взаимно ортогональными плоскостями сканирования, которые последовательно расположены между второй собирающей линзой и светоделительным элементом, при этом выход второго источника напряжения соединен с первым входом сумматора, выход генератора пилообразного напряжения - с вторым входом сумматора, выход которого соединен с первым входом перемножителя, выход электронного ключа соединен с вторым входом перемножителя, выход которого соединен с управляющим входом первого сканирующего элемента и входом фазовращателя, выход которого соединен с управляющим входом второго сканирующего элемента.,Лисина каэ 941. Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по иаобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 оизводственно-и Ы и ОафЦ 1 Составитель В.Янов Техред М,Моргентал ельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1