Интерференционно-поляризационный фильтр

)5 60 92 ЗОБРЕТЕНИЯ ПИСАН ЕЛ АВТО РСК ВИ(57) Изобретение относится к опприборостроению, в частностиспектроскопии Солнца, и можетпользовано для исследования и ки нсти,П. Депма мышленЛЯРИЗА- ическому технике быть ис- рогнозиИзобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к технике спектроскопии Солнца, и может быть использовано для исследования и прогнози. рования солнечной активности в интересах радиосвязи, космонавтики. медицины.Известен интерференционно-проляризационный фильтр (ИПФ) с полосой пропускания по уровню 0,5 дно,5 = 0,08 нм для наблюдения короны Солнца в излучении с длиной волны Й= 530,28 нм. В качестве двупреломляющего материала в нем используются кристаллы кварца, исландского шпата, АДР, Всего прибор содержит 18 кристаллических пластин,.1 поляроидов и интерференционный фильтр (ИФ) предварительной монохроматизации. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР рования солнечной активности в интересах радиосвязи, космонавтики, медицины. Изобретение позволяет повысить точность регистрации магнитных полей в районах солнечных пятен путем увеличения контраста фильтра. Фильтр содержит интерференционный фильтр предварительной .монохроматизации и три многокомпонентных интерференционно-поляриэационных ступени. Первая ступень содержит входной и выходной поляризаторы, плоскости пропускания которых ортогональны, и и ристаллических пластин одинаковой толщины 11, оси которых ориентированы относительно входного поляризатора под углами а = = (-1) 45/и. Величина и, толщина 1 и толщина 2 пластин второй ступени определяются методом итерации их математических выражений. 6 ил. Основными недостатками прибора являются невысокое (5,5 пропускание в основном интерференционном максимуме и недостаточная величина контраста ИПФ (не более 20).. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ИПФ для наблюдения короны Солнца, содержащий ИФ предварительной монохроматизации и три многокомпонентные интерференционно-поляризационные ступени,Каждая из ступеней содержит входной и выходной поляризаторы и набор из 7 кристаллических кварцевых пластин одинаковой толщины. В каждой из ИПступеней входной и выходной поляризаторы параллельны один другому, а кристаллооптиче 1739332ские оси пластин ориентированы под углами а = (-1) 45/и относительно плоскости пропускания поляризаторов, где- номер пластины в ИП-ступени, а и - общее число пластин в ступени. 5ВТорая и третья ИП-ступени обеспечивают величину области свободной дисперсии ИПФ (М), а первая ИП-ступень - полуширину полосы пропускания ИПФ д Зо,в, Отношение, областей свободных. 10 дисперсий 2-й и . 3-й ступеней ЬЙ/ЬЯз = 1,246 = 1,250, что обеспечивает результирующую область свободной дисперсии ИПФ М =. 4 М 2.В рассматриваемом ИПФ около основного интерференционного максимума имеются по одному вторичному интерференционному максимуму пропускания справа и слева, интенсивность которых составляет 8% от основного.20Недостатком такого фильтра является относительно малая величина контраста фильтра (отношение пропускания в главном максимуме к пропусканию во вторичных интерференционных максимумах). В результа те оказывается невозможным, например, достаточно точно регистрировать магнитные поля врайонах солнечных пятен при исследовании активности Солнца, Кроме того, при разработке фильтра не принима лись во внимание структура вторичных интерференционных максимумов отдельных ИП-ступеней, что привело к завышенному расходу кристаллического материала.Целью изобретения является повыше ние точности регистрации магнитных полей в районах солнечных пятен.Эффект предлагаемого изобретения состоит в повышении контраста ИПФ по сравнению с известным фильтром без услож нения схемы прибора и снижения его пропускания в главном максимуме, что позволяет существенно повысить точность регистрации магнитных полей в районах солнечных пятен. Поставленная цель дости гается тем, что в ИПФ, включающем интерференционный фильтр предварительной монохроматизации и три многокомпонент-. .ных интерференционно-поляризационных ступеней, каждая из которых содержит 5 входной,и выходной поляризатор и набор кристаллических пластин одинаковой толщины, причем плоскости пропускания поляризаторов второй и третьей ступеней взаимно параллельны, а кристаллооптиче ские оси пластин первой ступени ориентированы относительно плоскости пропускания ее входного поляризатора под углами йъ "(-1) 45 О/и, где- номер пластины в ступени, и - общее число пластин в первой ступени, плоскости пропускания поляризаторов в первой ступени ориентированы ортогонально содержится п плоскопараллельных кристаллических пластин К 1, К 2, , К одинаковой толщины 1, вырезанных так, что кристаллооптическая ось Е параллельна их поверхностям, углы ориентации кристаллооптической оси пластин относительно плоскости пропускания поляризаторов П 1 и П 2 равны а = (-1) 45 О/пгде- номер пластины в ИП-ступени,На фиг. 1 показана схема предлагаемого фильтра; на фиг, 2-6 - графическое изо. бражение спектральных пропусканий.В отличие от. известного фильтра результирующая область свободной дисперсии формируется первой ступенью. Толщина отдельной пластины 1 определяет область свободной дисперсии М ИП-ступени Шольца около рабочей длины волны излучения, а все п пластин в совокупности - спектральное расстояние от максимума пропускания ступени до первого минимума д А, величина которого несколько отличается от полуширины полосы пропускания ИП- ступени - дуол Число пластин и в первой ИП-ступени определяется расчетным путем (на ЭВМ) с помощью специальной программы, Критерием правильности определения величины и является равенство величины и суммарной области свободной дисперсии дЛ второй и третьей ИП-ступеней фильтра. Первая оценка значения п производится с .помощью формулы"Ло - длина волны света, на которую настраивается фильтр;диод - полуширины полосы пропускания ИП-ступени.Так как величины д Л и д Яо,д несколько отличаются одна от другой, то окончательное равенство величины д А и ЬАдостигается изменением и около оценочного значения или незначительным изменением 1. Спектральное пропускание в относительных единицах первой ИП-ступени приводится на фиг. 2, наиболее сильными являются первый ( 12,5 ф/) и второй ( щ 5,1,) вторичные интерференционные максимумы. Спектральное расстояние между минимумами интерференционной сартины практически постоянно и равно М= дЛ =д 3 О 5..Основное назначение второй и третьей ЛХ 2 - область свободной дисперсииИП-ступеней - сформировать заданную . второй ИП-ступени.полуширину полосы пропускания ИПФ с Для каждого из значений 12 величина 1 змалым фоном вблизи основного максимума равна 12/0,66. Условием выхода иэ интерфепропускания, Вторая и третья ступени име ренционной процедуры является выполнеют одинаковую оптическую схему, они вы- ние равенства длЯ =д 3 О 5 ЮО 5- требу.полнены трехкомпонентными, т. е, содеремая величина полуширины пропусканияжат входной и выходной поляризаторы, пло- ИПФ в целом. Углы ориентации компонентскости пропускания которых параллельны, во второй и третьей ИП-ступенях оригинальи по три кристаллические пластины одинаны, их значения получены в результате рековой толщины 12 и 1 з соответственно. Оришения вариационной задачи, критериементация кристаллооптических осей пластинвыхода из итерационной процедуры служитотносительно плоскости пропускания поляполучение минимально возможного и одиризаторов во второй и третьей ступеняхнакового уровня вторичных интерференциодинаковая и составляет соответственно 15 онных м ксимнетрадиционныеуглы 17,45,73,Порядок ных максимумов на выходе двухследования углов ориентации компонент вОРЯдок ИП-ступеней с отношением толщины компонент 0,66 и максимально допустимым ушиИП-ступени может быть прямым 17 . 45,73 и обРатным 73 45 17, Спектраль Рением контура пРопУсканиЯ на 5% посравнению с эксвивалентным фильтромпропускание в относительных единицах 20.второй ступени ИПФ приводится на фиг. 3.Лио, Максимальный уровень вторичных интерференционных максимумов на выходетретьей - на фиг. 4, Каждая из трехкомповторой и третьей ступеней 1 при их совместнентных ИП-ступеней имеет на выходе интер- ном действии) не превосходит 3% от основференционную картину. близкую к ного. В результате совместного действияинтерференционной картине эквивалентного (по толщине используемого кристалливсех трех ИП-ступеней получено спектральное пропускание ИПФ, вид которого в отноческого материала и области свободнойсительных единицах показан на фиг. б.дисперсии) двухступенчатого фильтра Лио.Пропускание в наиболее сильных вторичПроисходит уширение контура по уровню05 1,05в, раза, но пропускание во вторичных интерференционных максимумов непревосходит 2,1%.ных максимУмах интеРфеРенции снижаетсЯ П и П ис 7,5 до 3,5%, т. е. более чем в 2 раза, . П Р и м е Р По пРедлагаемой схемерассчитывают и изготавливают ИПФ с рабочей длиной волны света л 0= 610,27 нм. ВВ результате совместного действия второй и третьей ИП-с е5 качестве двулучепреломляющего материала-спутеней формируется интерференционная картина, приведенная на в нем используются кРисталлы кварца и исфиг. 5. Отношение толщин отдельных комландскогошпата. Всегоп ибо со е жит 12понент 12/1 з выбирается равным 0,66, Тогдапластин из ква ца и 6 пластин из ислан скос мма ная об ас с обо ш а а. В трехкомРонентных ИП-ступеняхсуммарная о ласть свободной дисперсиивторой и третьей ИП-ступеней равна 2 д 40 использованы пластины из исландскогошпата с толщинами 2 = 3,012 мм и 1 з = 4,563а полуширины полосы пропускания Опредемм, углы ориентации кристаллооптическихляется из произведения контуров основных. осей относительно плоскостей пропусканияинтерференционных максимумов отдельных ИП-ступеней и составляет согласно располяризаторов все.оси параллельны однадругой) составляют 17",450, 73", отношениещ 12/1 з = 0,66, Результирующая область свокомпонент второй ИП ступени Определяется методом подбора с использованием форбодной дисперсии второй и третьей ИП-сту-,М =1,28мулыпеней составляет величину= 1,28 нм,полуширины пОлОсы пропускдния.д.0,5=0,09 нм, максимальный уровень вторичныхЬЛг - максимумов пропускания не превышает 3%Д и ) от Основного. Первая ИП-ступЕнь содержитдЛ 12 пластин из кварца толщиной 1= 3,123 ммкаждая. Углы ориентации кристаллооптиче. -где и - двупреломление кристаллического ских осей относительно входного аоляризаматериала;55тара равны а; = (-1) 3,75 ( =. 1, , 12).4- длина волны света. на которую на- Поляризаоры П 2. Пз. П в фильтре паралстраиаается фильтр; лельны адин другому, а П 1 и П 2 скрещены,2 - толщина отдельной пластины вто- спектральное Расстояниеот максимумарой ИП-ступени; пропускания ИП-ступени до первого миниг 1 --Ао имума дА= 1.18 нм, Область свободной дисперсии ЛА 1 = 12,4 нм, Таким образом, нерабочие максимумы пропускания второй и третьей ИП-ступеней достаточно точно попадают на минимумы интерференционной картины первой ступени около рабочей длины волны излучения 4, = 610,27 нм. Интерференционный фильтр предварительной монохроматизации с полушириной полосы пропускания 2,7 нм служит для обрезания нерабочих максимумов пропускания первой ИП-ступени, На расстоянии ЬЪ 12,4 нм ИФ имеет пропускание не более 2 от пропускания в максимуме, В результате совмест, ного действия ИФ и трех ИП-ступеней в пределах видимой области спектра ИПФ имеет один интерференционный максимум с полушириной полосы пропускания дно,в = =0,08 нм, при этом уровень пропускания в наиболее сильных вторичных интерференционных максимумах и нерабочих максимумах пропускания первой ИП-ступени не превосходит 2 О от основного максимума пропускания.Технический эффект предлагаемого изобретения состоит в повышении контрастности ИПФ по сравнению с известным . фильтром в 4 раза без усложнения схемыприбора и снижение его пропускания в главном максимуме, что позволяет существенно повысить точность регистрации магнитных полей в районах солнечных пятен,Формула изобретения Интерференционно-поляризационный фильтр преимущественно для изучения и прогнозирования солнечной активности, включающий интерференционный фильтр предварительной монохроматизации и три многокомпонентных интерференционнополяризационных ступени, каждая из которых содержит входной и выходной поляризаторы и набор кристаллических . пластин одинаковой толщины, причем плоскости пропускания поляризаторов второй . и третьей ступени взаимно параллельны, а кристаллооптические оси пластин первойступени ориентированы относительно плоскости пропускания ее входного поляризатора под углами а =(-1) 45/и, где - номер пластины в ступени; и - общее число пла стин в первой ступени, отл ич а ю щи йс я тем, что, с целью повышения точности регистрации магнитных полей в районах солнечных пятен путем увеличения контраста фильтра, плоскости пропускания поля ризаторов первой ступени ориентированы ортогонально, величина и, толщина 1 пластин первой ступени и толщинаг пластин второй ступени определяются методом итерации из выражений 15 20 Л 4 р(1- - Я),И 5 при условиид Яо.5 = Ь Л= 2 ЬЛггде 4- длина волны света, на которую на страивается фильтр;до,б - полуширина полосы пропускания первой интерференционно-поляризационной ступени;д- двулучепреломление материала пла стин,Ыг - область свободной дисперсии второй интерференционно-поляризационной ступени;ЬА- суммарная область свободной 40 дисперсии второй и третьей ступеней, вторая и третья ступени вклочают по три пластины, кристаллооптические оси которых ориентированы относительно плоскости пропускания поляризаторов этих 45 ступеней под углами 17 О, 45. 73 соответственно, а толщина пластин третьей ступениравна 3 -г/0,66.аказ 2002 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, РауПодписноетениям и открытиям при ГКНТ СССРкая наб 4/5