Управляемый оптический ослабитель

СОЮЗ СОВЕ ТСНСОЦИАЛИСТИЧРЕСПУБЛИК 51 ТЕНИ ЕТЕПЬСТ А ВТОРСКО ышении ента оссширении лабитель последо- отражаюпо одной с 42В.Королюк) эксперимент во СССР 6, 20.0 69(5 дст- еско ся к обретение отно авления параме ения и может калиброванногооптич а зовать исполослаблен о излучо для ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ САНИЕ ИЗ(54) УПРАВЛЯЕМЬЯ ОПТИЧБИТЕЛЬ О 14 З 782 2 В 526 тического излучения при п вточности у тановки козффицилабления и одновременном распектрального диапазона, Оссодержит два установленныхвательно по ходу излученияших элемента 1 и 2, имеющихфренелевской о.ражающей поверхности 3 и 4 соответственно, которые ориентированы взаимно параллельно, а нормали к которым составляют с оптичесю ослабителя равные по велио противон,.л ;нные по знакуЭлементы 1 н 2 установленых излома I-образной оптичесителя с возможностью изменения углов , прн сохран1437823 взаимного равенства путем вращениявокруг единой оси 5, перпендикулярнойплоскости, содержащей Е-образную оптическую ось, За элементом 2 по ходу излучения установлен неподвижно относительно оси вращения 5 световозвращающий элемент 6, причем входная и выходная апертуры элемента 6 разнесеныв направлении оси 5 вращения и согласованы с апертурами элементов 1 и 2,В целях увеличения диапазона изменения коэффициента ослабления в устройстве использован второй световозвращающий элемент 7, установленный неподвижно относительно оси 5 вращенияза элементом 1 по ходу излучения.Входная апертура элемента 7 согласо 1Изобретение относится к области средств управления параметрами оптического излучения и может быть ис" пользовано для калиброванного ослабления интенсивности оптического излу" чения, например при аттестации и измерении параметров фоточувствительных элементов и фотоприемников, в медицинских исследованиях и лазерной терапии, хирургии.Цель изобретения - повьппение точности установки коэффициента ослабления при одновременном расширении спектрального диапазона, а также увеличение диапазона коэффициента ослабления.На фиг.1 представпен ослабитель с одним световозвращающим элементом, на фиг.2 - вид последнего в разрезе, на фиг,3 - ослабитель с двумя световозвращателями. Управляемый оптический ослабитель содержит два установленных последовательно по ходу излучении отражающих элемента 1 и 2, имеющих по одной френелевской отражающей поверхности 3 и 4, которые соответственно ориентированы взаимно параллельно, а нормали к которым составляют с оптической осью ослабителя равные по величине, но противоположные по знаку углы Ч . Элементы 1 и 2 установлены 5 1 Р 15 20 25 30 вана через элементы 2 и 1 с выходнойапертурой элемента 6, а выходнаяапертура элемента 7 разнесена с еговходной апертурой в направлении оси5 вращения. Пучок 25 излучения послечетырехкратного отражения от элементов 1 н 2, двукратного от элемента6 и однократного от элемента 7 выходит из устройства ослабленным. Благодаря известной зависимости между коэффициентом отражения излучения отфренелевских поверхностей 3 и 4 и изменяемым углом Ч падения излученияна эти поверхности коэффициент ослабления выходящего нз устройства пучка25 оказывается строго калиброванным, 1 з.п,ф-лы. 3 ил. 2в местах излома Е-образной оптической оси ослабителя с возможностью изменения углов ц при сохранении их взаимного равенства путем вращения вокруг единой оси 5, перпендикулярной плоскости, содержащей Е-образную оптическую ось. За элементом 2 по ходу излучения установлен неподвижно относительно оси 5 вращения световозвращающий элемент 6, причем входная и выходная апертуры элемента 6 разнесены в направлении оси 5 вращения и согласованы с апертурами элементов 1 и 2. Во втором варианте исполнения (фиг.3) использован второй световозвращающий элемент 7, установленный также неподвижно относительно оси 5 вращения за элементом 1 по ходу излучения. Входная апертура элемента 7 согласована через элементы 2 и 1 с выходной апертурой 6, а выходная апертура элемента 7 разнесена с его входной апертурой в направлении оси 5 вращения.Конкретная конструктивная реализация ослабителя сводится к следующей. Отражающие элементы 1 и 2, выполненные, например, в виде плоско- параллельных пластин или клиньев из стекла К, механически сопряжены (связаны) между собой, например закреплены на общей поворотной площад.- ке 8, имеющей ось 5 вращения, котораянаходится в плоскости отражающейграни 3 элемента 1,Для исключения влияния переотражений от грани элементов 1 и 2, неучаствующих в формировании пучка ослабленного излучения, все грани элементов 1 и 2, кроме обращенных другк другу взаимопараллельных отражающих граней 3 и 4, покрыты, например,слоем черной краски, поглощающей излучение.Поворотная площадка 8 механическисвязана с приводом 9, например содержащим шаговый двигатель типа ЩДР 7.11, а также с датчиком 10 типа"угол - код" с помощью, например,зубчатой передачи,Элемент 6 световозвращения выполняют в виде двух отражающих элементов11,12, отражающие плоскости которыхориентированы перпендикулярно однаотносительно другой и линия их пересечения перпендикулярна оси 5 вращения и оптической оси ослабителя. Световозвращающий элемент б может бытьвыполнен также в виде прямоугольнойпризмы АР,Поворотная площадка 8, привод 9,датчик 10 "угол - код", а также световозвращающий элемент б закрепленына основании 13 ослабителя, Дополнительный световозвращающий элемент 7закреплен неподвижно на основанииослабителя 13 и пространственно смещен относительно первого световозвра"щающего элемента 6 в направленииоси 5 на величину /7,Й, где Й - диаметр пучка ослабляемого излучения,что.обеспечивает пространственноеразделение пучка излучения, отраженного элементом 7 относительно исходного пучка.Конструктивно световозвращающийэлемент 7 выполнен аналогино световозвращающему элементу б. На фиг,Зпредставлен вариант выполнения световозвращающего элемента 7 в видедвухплоских зеркал 14,15Позицией 16 на фиг,З обозначенпотребитель ослабленного излучения,например аттестуемьй фотоприемникили зеркало, направляющее ослабленное излучение в требуемом направлении.Устройство работает следующим образом.Пучок 17 излучения, имеющий мощность Рв, падает на первую по ходу излучения отражающую поверхность 3элемента 1 год углом , величинакоторого определяется угловой ориентацией отраженного элемента 1 относительно падающего пучка 17. Отра-женный от поверхности элемента 1 пучок 18 падает на отраженную поверхность 4 элемента 2. Так как отражающие поверхности 3 и 4 элементов 1,2параллельны, угол падения на второй,отражающей элемент также равен ц, апучок 13, отраженный элементом 2,параллелен падающему пучку 17,Изменение углаосуществляетсяпутем подачи управляющего напряженияна привод 9 поворотной площадки 8 спомощью шагового двигателя 11 ДР,Изменение угла Ц осуществляется,например, в пределах 30-80. Величина углаопределяется с помощьюдатчика 10 типа "угол - код". Мощность пучка ослабленного излученияна выходе второго отражающего элемента 2 определяется какР Р К (сР) К 2(4 где К,(ф, К- коэффициент отражения излучения элементами 1,2, соответственно,Для излучения, плоскость голяризации которого параллельна оси 5 вращения поворотной площадки 8, коэффициент отражения элементов 1,2, например, выполненных из стекла типаК( х 1,52), составляет К,О)==К(ср) й 0,55 при=80Для излучения, плоскость поляризации которого перпендикулярна оси5 вращения, коээфициент отраженияэлементов 1,2 составляет в этом случае К (ц)=КМ - 0,04 при Ц =30 иК(Ц)=К(Ч) = 0,25 при Ч=ЯО45 таким образом, мощность пучкасвета 19 на выходе второго отражающего элемента 2 изменяется при изменении угла ц в пределах Р- - (0,005+0,3)Р, Г 8 =(0,0016 --0,0625)РО для излучения, плоскостьполяризации которого соответственнопараллельна и перпендикулярна оси 5вращения,После отражения первыми по ходу55 луча отражающими гранями элементов1,2 пучок 19 излучения поступает навход световозвращающего элемента 6,который осуществляет инверсию (пово.М = ф -= 2,4 1 О Р мин т.е. порядка 30 дБ,При этом значении коэффициентаослабления ослабителя1 О Рв определяется целиком расчетным путемна основании вычисления величин К,и К 2(Ч) при значении угла , определяемого с помоЩью датчика 6.Точность установки требуемого значения коэффициента ослабления опре О деляется точностью установки величины углаи составляет, например,при погрешности сд установки угла4, равной д =1 гл.мин и значениямиугла=80о ЙКосл"0,37 для излу 25 ф кния с известным состоянием поляризации.При выполнении устройства по фиг.Зработа ослабителя проходит аналогичЗ 0 но. Пучок 19 ослабленного излучения,отражаясь световозвращающим элементом б, повторно проходя второй 2 ипервый 1 отражающие элементы, падаетна второй световозвращающий элемент 7.Отражаясь от элемента 7 световозвращения, пучок ослабленного излучения 23 пространственно смещается внаправлении оси 5 на величину лУ==2 У, где У-высота пучка 2 К относительно линии пересечения отражающихэлементов 14, 15, составляющих световозвращающий элемент 7 (или эквивалентной линии пересечения катетныхграней прямоугольной призмы)После отражения от элемента 7 пучок 23 ослабленного излучения в третий раз проходит через элементы 1 и2. При этом мощность пучка 24 на выходе элемента 2 составляет Р=К, яэК 2(д" К св РоПосле трехкратного прохожденияослабляемого пучка элементов 1 и 2пучок 24 повторно отражается элементом светоотраження 6, одновременносмещаясь в направлении оси 5.55Повторно отраженный световозвра;щающим элементом 6 пучок ослабленного излучения в четвертый раз проходит элементы 2 и 1 отражения и на" Пределы изменения Р, Ракс мощности Рвыходного пучка излучения при использовании, например, отражающих элементов 1,2 из стекла марки Ксоставляют для случая поляриза" ции света в плоскости, параллельной оси вращения: 5рот) направления распространенияэтого пучка,Отраженный поверхностями 11 и 12элемента б пучок 20 излучения параллелен падающему пучку 19, имеет обратное этому пучку направление распространения и смещен относительнонего в направлении на величину аУ==2 У , которая определяется значениемкоординаты У пучка относительно линии пересечения плоскостей 11,12 элемента 6,После прохождения световозвращающегося элемента 6 пучок 20 ослабленного излучения проходит в обратномотносительно пучка 17 направлении,последовательно отражаясь первыми походу пучка гранями элементов 2 (пучок 21) и 1 (пучок 22),Отраженный элементом 1 выходнойпучок 22 ослабленного излучения параллелен входящему пучку 17, смещенотносительно него в направлении оси5 на величину ЗУ и имеет мощность выл 12св Оф где Ксв - коэффициент отражения световозвращающего элемента 6,Коэффициент отражения К, свето- возвращающего элемента 6 определяется коэффициентом отражения К в излучения поверхностями элементов 11 и 12 КгК, и составляет, например, Кс, = 0,99 при выполнении элементов .11 и 12 в виде диэлектрических зеркал, Ксв = 0,8-0,9 при выполнении этих элементов в виде металлизированных зеркал и Кс -0,95 при выполнении свето- возвращающего элемента 6 в виде приэмыеВеличина Ксв постоянна и не изменяется при изменении угла ч поворота площадки 8. мни =РвР 1 (д К 2 МКсв =25 10 о(при ц =80 ),Таким образом, динамический диапазон работы ослабителя составляетправляется к потребителю 16. Мощность Рпучка 25 после четырехкратного прохождения через элементы 1 и 2 составляет Р =К И) ККсвРо3В 1 и 1св о5Пределы изменения мощности при этом разны, например в случае выполнения элементов 1 и 2 из стекла марки К=08, поляризации света в плоскости, параллельной оси вращения эле О ментов 1,2, и применения световозвращающих элементов с диэлектрическимипокрытиями, обеспечивающими К 0,99, Р -6,25 10 Ро при Ц-эОДинамический диапазон ослабителя составляет при этомРудык. макс ,6юРвыл. мцк20т.е 60 дБ.при точности установки коэффициентаослабления - 0,6 Х .1 Кослосл25Таким образом, введение второго световозвращающего элемента 7 позволяет расширить динамический диапазон работы ослабителя до 60 дБ при сохранении спектрального диапазона рабо- ЗО ты и точностных характеристик устройства. Помимо изображенного на фиг.З положения потребителя 16, расположенного в поперечном сечении пучка излучения. четырехкратно прошедшего Зб через отражающие элементы устройства, потребитель 16 может быть расположен (посредством перемещения в направлении оси 5) в пучке излучения, прошедшего 6,82 п раз через 4 О элементы 1 и 2, что увеличивает динамический диапазон устройства, составляющий в этом случае М - ЗОп дБ за счет дополнительных проходов из- лучения через отражающие элементы. 45Управляемый оптический ослабитель сопрягается с ЭВМ при использовании привода на шаговом двигателе и цифрового датчика ".угол - код" и может входить в состав специализированных моделирукицих комплексов и стендов, позволяющих решать задачи метрологии и юстировки в различных областях науки. Формула изобретения 1, Управляемый оптический ослабитель, .содержащий два установленных последовательно цо ходу излучения отражающих элемента, нормали к френелевским отражающим поверхностям которых составляют с оптической осью ослабителя равные по величине, но противоположные по знаку углы, причем отражающие элементы установлены с возможностью измерения указанных углов при сохранении их взаимного равенства путем вращения этих элементов, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения точности установки коэффициента ослабления при одновременном расширении спектрального диапазона, в него введен световозвращающий элемент, отражающие элементы имеют по одной френелевской отражающей поверхности, которые ориентированы взаимно параллельно, и установлены в местах излома Е-образной оптической оси ослабителя с возможностью вращения вокруг единой оси, перпендикулярной плоскости, содержащей Х-образную оптическую ось, а световозвращающий элемент установлен неподвижно относительно оси вращения отражающих элементов за вторым из них по оп.ической оси, причем входная и выходная апертуры световозвращающего элемента разнесены в направлении оси вращения отражающих элементов и согласованы с апертурами последних.2. Ослабитель по п,1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения диапазона изменения коэффициента ослабления, в него введен второй световозвращающий элемент, установленный неподвижно относительно оси вращения отражающих элементов за первым из них по оптической оси, причем входная апертура второго свето- возвращающего элемента согласована через второй и первый отражающие элементы с выходной апертурой первого световозвращающего элемента, а выходная апертура второго световозвращающего элемента разнесена с его входной апертурой в направлении оси вращения отражающих элементов,1437823 Составитель В.КравченкоТехред Л.Сердюкова Редактор О.Спесивых орректор О,Кра Заказ 5891 ПодписСССР Тираж 5 ВИИИПИ Государств по делам изобр 3035, Москва, Жнного тений итет открытиая наб.,5 горо;т., у:. 1.рк.тняя изводственн,-полиграфическое прЕдприятие,