Решетка-поляризатор

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИЕСПУБЛИК,17816 51)5 6 02 В 5/30, 5/1 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПВЕДОМС ГВО СССР(ГОСПАТЕНТ:ССР) ЕНТНОЕ ИЯ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВ 2(57) Использование: в конструкциях поляризаторов оптйческого ИК-излучения в области спектра с длинами волн 1 - 100 мкм, ческое Сущность изобретения: выполнение тонкотут хи- го оптического слоя решетки-поляризатора, ий. АН прозрачного в заданной области спектра,выпуклой формы, гладкой поверхности - плоской, а заштриховайньй поверхности - еннего сферической выпуклой с радиусом кривизны Я, связанным соотношением с размером заштрихованной поверхности, показателем 85. преломления оптического слоя в области егопрозрачности и наибольшей длиной волнызаданного спектрального диапазона. 3 ил. Изобретение относится к спектральному приборостроению и может использоваться в конструкциях поляризаторов оптического излучения ИК-спектрофотомет-. ров, работающлх в спектральном диапазоне длин волн 1 -100 мкм.Известна решетка-поляризатор, выполненная в виде оптического плоско-параллельного слоя, прозрачного в заданном спектральном диапазоне, с нанесенной на одну иэ его поверхностей системой периодических штрихов треугольного профиля, на часть одной из граней каждого из которых нанесено отражающее металлическое покрытие, образующее параллельные плоскости, ориентированные в направлении штрихов, с толщиной б (мм) слоя. удовлетворяющей соотношению:Д5 (1 где,п-п ател ния вещест л т альное у е(71) Ленинградское оптико-механобъединение им, В,И,Ленина и Инстмии высокомолекулярных соединеУССР(54) РЕШЕТКА-ПОЛЯРИЗАТОР Недостатком известной решетки-поляризатора является наличие у нее спектра интерференции, снижающего точность или производительность спектрофотометрирования.Известна решетка-поляризатор; выпол ненная в виде вогнутого оптического слоя, прозрачного в заданном спектральном диапазоне, с нанесенной на одну из его поверхностей системой периодических штрихов треугольного профиля, на часть одной из граней каждого из которых нанесено отражающее металлическое покрытие, образующее параллельные полоски, ориентированные в направлении штрихов с толщиной б слоя. удовлетворяющей соотношейию (1), заштрихованная поверхность которого выполнена плоской, а гладкая - сферической вогнутой, - прототип.Преимуществом прототипа в сравнении с аналогом является устранение спектра инерференции в его тонком оптическом слое, довлетворяющем соотношению (1), за счет е усреднения вдоль поверхности этого1781659 3 .слоя с регулярно изменяющейся толщиной б.Недостатком прототипа является ограниченный спектральный диапазон применения, определяемый составом оптического слоя и технологией его изготовлейия. Оптический слой изготавливают из термопластичного материала, например, полиэтилена, при температуре его перехода в пластичное состояние с использованием оптической прижимной пластины, "задаощей вогнутую сферическую форму гладкой поверхности. слоя, помещаемого между прижимной пластиной и заштрихованной копируемой поверхностью дифракционной решетки-матрицы.Известное устройство непригодно для изготовления из материала оптического слоя, формируемого из жидкого раствора, например, фторопласта в этилацетате, наносимого на поверхность решетки-матрицы с последующим испарением растворителя, поскольку при этом использование оптической прижимной пластины препятствует испарению, а само оно сопровождается непрерывным уменьшением толщины слоя раствора, мешающим получению заданной формы гладкой поверхности.Этим ограничивается спектральный диапазон применения известной решетки-поляризатора с учетом того, что ее оптический слой на основе полиэтилена используется в области спектра с длинами волн Ь"7-25 мкм, а на основе фторопласта - в области спектра А" 2-7 мкм,Целью изобретения является расширение спектрального диапазона использования решетки-поляризатора и повышение ее технологичности,Цель достигается благодаря изменению формы оптического слоя, обеспечивающему возможность его изготовления как по технологии термопластичного прессования с помощью оптической прижимной пластины, так и из жидкого раствора без прижимной пластины, с использованием различных материалов этого слоя, имеющих различные спектральные диапазоны его использования, при одновременном устранении, аналогично прототипу, спектра интерференции за счет ее усреднения вдоль: поверхности оптического слоя с регулярно изменяющейся толщиной б.Положительный эффект при этом выражается в скачкообразном расширении реализуемого спектрального диапазона . использования решетки-поляризатора и повышении технологичности ее изготовления в найденной форме оптического слоя. Сущность изобретения заключается втом, что решетка-поляризатор, выполненная в виде оптического слоя, прозрачного взаданном спектральном диапазоне, с нане 5 сенной на одну из его поверхностей системой периодических штрихов треугольногопрофиля, на часть одной из граней каждогоиэ которых нанесено отражающее металлическое покрытие, образующее параллель 10 ные полоски, ориентированные внаправлении штрихов, с толщиной б (мм)слоя. удовлетворяющей соотношению (1),одна из поверхностей которого плоская, адругая - сферическая, выполнена с заштри 15 хованной поверхностью, оптического слоя ввиде выпуклой сферы с радиусом кривизныВ, удовлетворяющим соотношениям:АпА и20 4где А (мм) - размер заштрихованной повер-.хности,А гпах (мкм) - наибольшая длина волнызаданного спектрального диапазона,Отличительными от прототипа призна 25ками решетки-поляризатора являются; выпуклая форма оптического слоя,обеспечивающего, как и вогнутый слой впрототипе, устранение спектра интерференции эа счет ее усреднения вдоль поверхности этого слоя с регулярноизменяющейся толщиной б; искривлениезаштрихованной поверхности при выполнении гладкой поверхности плоской, совмес"но обеспечивающие йовышениетехнологичности изготовления выпуклого.оптического слоя, а также оптимизация радиуса кривизны й выпуклой заштриховайной сферической поверхности,обеспечивающая минимальное изменениЮ40 Ь б толщины б оптического слоя, определяющее прочность или прозрачность этогослоя при заданных спектральном диапазе.не использования решетки-поляризатора еточности спектрофотометрирования,45 .решетке поляризаторе как и в прототипе спектр интерференции устраняется путем ее усреднения вдоль поверхностиоптического слоя с переменной толщиной д,но в отличие от йего реализуется скачкообРазное расширение спектрального диапазона работы за счет использованияразличных материалов оптического слоя,изготавливаемого по разной технологии,т,е, обеспечивается суммирование положительных признаков обоих известных устройств - (возможность изготовления изразных материалов, используемых в разныхспектральных диапазонах) и (устранениеспектра интерференции.в оптическом тонком слое) при вычитании их недостатков наличие спектра интерференции в устройствеи невозможность изготовлейия из жидкогораствора в устройстве,На фиг, 1 изображена решетка-поляризатор; на фиг. 2 - то же, в стадии формирования ее оптического слоя сиспользованием или безиспользования оптической прижимной пластины; на фиг, 3 -спектральные характеристики пропускания 10известной и предлагаемой решеток-поляризаторов, изготавливаемых из раствора, т,е,в расширенном в сравнении.с решеткой поляризатором спектральном диапазоне.Решетка-поляризатор см,фиг. 1) образована оптическим тонким слоем 1, удовлетворяющим соотношению (1): б - , с5П Бгладкой поверхностью 2 в виде плоскости ., (т.е. с радиусом кривизны В 1 =оо ) и эа Оштрихованной поверхностью 3 в виде выпуклой сферы с радиусом кривизны В 2,- в -.-о Рв в , н нанесенной на 25ней системой периодических штрихов треугольного профиля, на часть одной из гранейкаждого из которых. нанесено металлическое отражающее покрытие, образующеепараллельные полоски 4, ориентированныев направлении треугольных штрихов,При этом незначительное отклонениегладкой поверхности 2 от плоскостности,вызываемое исходной формой поверхностижидкого слоя или допускаемыми погрешностями изготовления оптической прижимнойпластины, слабо влияет на усреднение интерференции в оптическом слое 1 в различных точках этой поверхности.Основную роль при устранении интер Оференцииза счет ее усреднения в различных точках поверхности играетзаштрихованная поверхность 3; выполненная в виде выпуклой сферы с радиусомкривизны Вг, удовлетворяющем соотношениням(2). Эта же поверхность 3 реализует одновременно фуйкцию поляризации проходящего через нее оптического излучения спомощью системы штрихов треугольногопрофиля, содержащей периодическую 5 Оструктуру из металлических токопроводящих полосок 4.Придание заштрихованной поверхности 3 формы выпуклой сферы с радиусомкривизны В 2 обеспечивает возможность каксохранения гладкой поверхности 2 плоскойформы, не требующей для ее формированияобязательного применения оптической прижимной пластины, т.е. с возможностью ее изготовления из раствора, так и одновременно устранения интерференции в оптическом слое 1 переменной толщины б слоя засчетее усреднения вразличных точках поверхности 3 в спектральном диапазоне длинволн А 4,.На фиг. 2 показан оптический слой 1 решетки-поляризатора в стадии его формирования методом копирования при размещении поверх копируемой заштрихованной металлической поверхности 5 дифракционной решетки-матрицы 6 с использованиемоптической прижимной пластины 7 формирование термопластического оптическогослоя 1 с использованием его нагревания и Механического прижатия) или без использования этой пластины 7(формирование из жидкого, раствора с выпариванием растворителя).Форма копируемой заштрихованной поверхности 5 дифракционной решетки- матрицы 6 геометрически дополнительна к сопрягаемой заштрихованной поверхности 3 решетки-поляризатора, т,е, имеет вид вогнутой сферы с таким же как и поверхность 3 решетки-поляризатора значением"радиуса кривизны В 2. Этим обеспечивается предотвращение произвольного растекания жидкого слоя 1 произвольной вязкости по заштрихованной копируемой поверхности 5 дифракционной решетки-матрицы 6, т,е. повышение воспроизводимости геометрии слоя 1, определяющей технологичность его изготовления,При этом устранение спектра интерференции в оптическомс слое 1 решетки-поляризатора реализуется как в параллельном, так и слабо сходящемся или расходящемся оптическом излучении с характерной для И К-спектрофотометров угловой апертурой пучка лучей" 0,1.Решетка-поляризатор работает следующим образом;При установке в оптическом электромагнитном излучении и расположении оси излучения под заданным углом, например, перпендикулярно к ее поверхности, излучение, электрический вектор которого параллелен металлическим полоскам 4 (фиг. 1) индуцирует сильные токи, создающие отраженное электромагнитное поле почти такое же, как:и поле от сплошной металлической поверхности. Когда электрический вектор перпендикулярен к металлическим полоскам 4 падающая волна стремится возбудить токи, текущие поперекэлементов, однако вследствие малого поперечного сечения индуцированные токи и создаваемоеими поле малы и волна беспрепятственнопроходит через решетку-поляризатор.Выполнение гладкой и заштрихованнойповерхностей в формах плоской и выпуклойсфер с радиусами кривизны В 1 =оо и В 2,удовлетворяющими соотношению (2), обеспечивает предотвращение регистрации интерференционных спектров вследствиеуменьшения их интенсивности за счет введения переменной толщинй д оптическогослоя 1 в направлении сечения решетки-поляризатора, При этом найденная формагладкой и заштрихованной поверхностиобеспечивает возможность их изготовленияодновременно с самим тонким оптическимслоем 1 кэк по технологии с использованием оптической прижимной пластины, тэк ибез нее, т.е. по технологии выпаривания израствора,Найденное соотношение (2) . обеспечивает устранение спектра интерференции засчет ее усреднения вдоль поверхности оптического,слоя с переменной толщиной д слояпри минимальном ее изменении Ь.д; удовлетворяющим соотношениям;ЛяахЬ д5 Лбах . (3)гп гпсоответствующимчислу К колец Ньютона, К= 1-5 для Л п 1 ах,При этом в коротковолновой ИК-областиспектра с длинами волн Л10 мкм, удовлет-.воряющими соотношению: Л0,1 д, выбираемое значение . К может бытьмаксимальным (К = 5) для любогокласса точности применяемых ИК-спектрофотометров вдиапазоне 1 - 0,1% и даже выйти за рамкисоотношения (3) при К5, хотя при этомспектр интерференции устраняется уже применьшем значении К = 5, т,к, это не вызываетчрезмерного изменения Ь д толщины доптического слоя 1, существенно ограничивающего его прочность или прозрачность,В длинноволновой же ИК-области спектра Сдлинами волн 50- 100 мкм. соответствующими Л д, и ри зада н н ых да 1 ь,определяющем прочность оптического слоя1, и длах, определяющем его прозрачность,выбираемые значения К, соответствующиеусловиям (3), в зависимости от класса точности применяемого ИК-спектрофотометрамогут быть: К1-2, - для класса точности1 О; К = 3 - 4, - для класса точности 0,65 а иК = 4 - 5, - для класса точности 0,1-0,3 оь,П р и м е р 1, Решетка-поляризатор сплотностьюштрихов 1200 мм для областиспектра 2,5 - 7 мкм ( Л вам7 10 мм) наоснове фторопласта с наибольшей толщиной д оптического слояднах = 0,07 мм и полем А = 45 мм, оптического слоя 10 ляриэатора, соответствующий радиусу сопрягаемой заштрихованной вогнутой поверхности копируемой дифракционной решетки-матрицы, составляет В 2 (1,2 - 15 1,4).10 мм; Ьд 20 мкм; да 1 л 50 мкм; К 5,4 пах т,е. обеспечивается эффективное усреднение интерференции для любого класса точности применяемого спектрофотометра при близости остальных 20 25 из того же или другого непоглощающего материала, применяемого в тонком слое. и с той же геометрией, йо с увеличенной до 1800-2400 ммплотностью штрихов, 30 П р и м е р 2. Решетка-поляризатор сплотностью штрихов 1200 мм для области спектра 7 - 25 мкм ( Л щах2,5 10мм) на осйове полиэтилена с наибольшей толщи" ной д оптического слоя днах = 0,09 мм и полем А = 35 мм 35 40 45 50 55 Технология изготовления решетки-поляризатора - из 8 О раствора фторопласта.в этилацетэте, без оптической прижимной пластины, с вывариванием растворителей с открытой незаштрихованной поверхности Гладкая поверхность решетки-поляризатора - плоская, с остаточной сферичностыо В 1 .6.10 мм, Радиус выпуклой9 заштрихованной поверхности решетки-поэксплуатационных характеристик к соответствующим в известной решетке-поляризаторе с толщиной д плоскопэраллельного. оптического слоя д 0,06 мм, В спектральном диапазоне 1-2 мкм мокет использоваться решетка-поляризатор Технология изготовления решетки-поляризатора - нагреванием до температуры 110 С с переходом вещества слоя в пластичное состояние и припрессовывэнием опти. ческого слоя копируемой заштрихованной поверхности дифракционной решетки-матрицы под давлением 1 кг/см, реализуемым через оптическую прижимную пластину".Гладкая поверхность формируемого оптического слоя, сопрягаемая с оптической прижимной пластиной, - плоская, с Остаточ ной сферичностью, определяемой допускаемым отклонением от плоскостности оптической прижимной плэстинь 1 и составляющей 3 колец Ньютона для видимого света с длиной волны Л 0,5 мкм, что соответствует стрелке прогиба -10 мм и остэ-зточной сферичности В 1 10 мм.При этом, аналогично примеру 1, можа быть выполнено:В 2-10 мм, Ьд = 0,02 мм.Для области спектра 25-100 мкм может использоваться решетка-поляризатор иэ 1 ОДля области спектра 25-100 мкм может нанесено отражающее металлическое поиспользоватьсярешетка-поляризаторизто- крытие, образующее параллельные полого же или другого непоглощающего матери- ски, ориентированные в найравлении влэ, применяемого в тонком слое, и Ьб О,З штрихов, с толщиной б слоя, удовлетворяюмм, й 2 0,8.10 мм, с возможностью умень щей соотношению: щения плотности штрихов до 600 мм 1 в5 области спектра 25-50 мкм и 300 мм в пЪи области спектра 50 - ,100 мкм, где и - показатель преломления вещества .Нэ фиг. 3 показаны кривые пройускания слоя; 8 аналога и 9 - предлагаемой решетки-поля Ьи - заданное спектральное разрешеризатора для области спектра 2,4 - 7 мкм, ниеспектрофотометра, смОхватываемой изготавливаемым из раство-, йричем одна из поверхностей слоя вцполнерэ материалом оптического слоя 1:на плоской, а другая - сферической, о т л иСопоставление этих кривых наглядно ч а ю щ а я с я тем;что; с целью расширенияпоказывает, что предлагаемая решетка-по спектрального диапазона и использования ляризатор, в отличие от известной, обеспе- и повышения технологичности, заштрихочивает устранение интерференционнцх ванная поверхность оптического слоя выпомех в области спектра, не охватываемой. полнена в виде выпуклой сферы с радиусом прототи 11 ом, чем и обеспечивается требуе- . кривизны Я, удовлетворяющим соотношемое расширение ее спектрального диапазо нию на и повышение технологичности, Формула изобретения . А 2 п А 2.п Решетка-поляризатор, выполненная вах ахвиде слоя, прозрачного в заданном спект- где А - размер заштрихованной поверхноральном диапазоне, с нанесенной на одну 25 ,. из его поверхностей системой периодиче-. . Х - наибольшая длина волны замакс - наи ольшая длина волны заских штрихов треугольного профиля, на данногоснектральногодиапазона. часть одной из граней каждого из которых1781659 ректор В.Петраш актор Произ Заказ 4274 ВНИИПИ Г оставитель А,Сомсикохред М,Моргентал Тираж Подписноедарственного комитета по изобретениям и открытиям при Г 113035, Москва. Ж, Раушская наб 4/5 ственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул,Гагарина, 10