Интерференционно-поляризационный фильтр

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 995052 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(61) Дополнительное к авт. свид-ву -(54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННО-ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЛ ФИЛЬТР Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к технике спектроскопии Солнца, и может быть использовано для комплексного исследования и. прогнозирования солнечной активности в интересах радиосвязи, метеорологии и др.Известен интерференционно-поляризационный фильтр, содержащий предвари-. тельный спектральный фильтр, выполненный из стекол КС, и десять простых ступеней Лио. Оптическая стопа этого фильтра находится в иммерсии. Полуширина полосы его пропускания составляет 0,05 нм при центрировке на длину волны 656,28 нм. Угловое поле фильтра - 1,5 при условии, что допустимое смещение полосы не превышает 0,1 от полуширины, а его пропускание -порядка 5% 11. Недостатком этого фильтра является то, что он не управляемый и не широкоугольный.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является интерференционно-поляризационный фильтр, содержащий теплозащитный и интерференционный фильтры, ступень Эванса, включающую два поляризатора и размещенные между.ними три кристаллические пластины, широкоугольные ступени Эванса, каждая из которых включает два поляризатора и размещенные между ними четыре кристаллические пластины и фазовую пластину полволны, а также управляемые широкоугольные ступени Лио, каждая из которых включает два поляризатора и размещенные между ними две основные кристаллические пластины, одну фазовую пластину четверть- волны и одну полволны. Кроме того, этот фильтр включает еще одну ступень Эванса и одну широкоугольную ступень Лио, содержащую два поляризатора и размещенные между ними две кристаллические пластины 5 и фазовую пластину полволны. Оптическаястопа склеена. Полоса пропускания такого фильтра, также как и вышеуказанного, составляет 0,05 нм при центрировке на длину волны 656,28 нм, При этом в фильтре реализована возможность смещения полосы пропускания в пределах +0,1 нм, которое осуществляется вращением внешних поляризаторов и втулки, содержащей две ступени фильтра с наибольшей волновой разностью хода 21, 9950525О Недостатком такого фильтра является необходимость вращения его внешних поляризаторов при перестройке полосы пропускания, что не позволяет использовать фильтр для измерения поляризационных эффектов на Солнце. Кроме того, положение полосы пропускания фильтра может смещаться в условиях высокогорья. Причиной смещений полосы пропускания является нарушение оптической стопы фильтра от окружающей среды и дополнительный нагрев фильтра солнечным излучением при большой сходимости пучка.Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей фильтра путем обеспечения неподвижности его внешних поляризаторов при перестройке полосы пропускания и уменьшения температурной нестабильности ее положения.Поставленная цель достигается тем; что в интерференционно-поляризационном фильтре, содержащем теплозащитный и интерференционный фильтры, ступень Эванса, включающую два поляризатора и размещенные между ними три кристаллические пластины, две широкоугольные ступени Эванса, каждая из которых включает два поляризатора и размещенные между ними четыре кристаллические пластины и фазовую пластину полволны, а также управляемые широко- угольные ступени Лио, каждая из которых включает два поляризатора и размещенные между ними две основные кристаллические пластины, одну фазовую пластину четверть- волны и одну полволны, в управляемые широкоугольные ступени Лио дополнительно введено еще по одной фазовой пластине полволны, каждая из которых .установлена между входным поляризатором ступени и ее фазовой пластиной четвертьволны с возможностью поворота вокруг оси фильтра, а также по две кристаллические пластины одна из которых установлена между фазовой пластиной четвертьволны и одной из основных кристаллических пластин ступени, а другая - между второй основной кристаллической пластиной и выходным поляризатором ступени, причем оптические оси дополнительных кристаллических пластин составляют угол 90 с оптическими осями основных, толщина дополнительных пластин определяется из соотношенияд -- оОдгде 2 д и Р, - толщины дополнительных и основных кристаллических пластин соответственно;Ю и О, - термооптические коэффициентыматериалов дополнительных и основных кристаллических пластин, определяющие изменение волновой разности хода на 1 мм толщины при изменении температуры на 1 С,15 20 25 30 35 40 45 50 55 а углы поворота введенных фазовых пластин полволны связаны соотношением: 0,66 А; 0,5 о: 0,25 ы,где - угол поворота фазовой пластины полволны в ступени с наибольшей волновой разностью хода.На чертеже представлена оптико-механическая схема предлагаемого фильтра (черточками показана ориентация оптических оСей элементов). Фильтр состоит из теплозащитного фильтра 1, интерференционного фильтра 2, после чего идут интерференционно-поляризационные ступени. При этом последовательность ступеней в фильтре может быть произвольной. (В связи с этим очередность описания ступеней соответствует очередности, указанной в формуле изобретения). Первая ступень - ступень Эванса состоит из поляризатора 3, трех кристаллических пластин 4 - 6 и второго поляризатора 7. Вторая ступень, широкоугольная ступень Эванса состоит из поляризатора 7, кристаллических пластин 8 и 9, фазовой пластины 10 полволны, кристаллических пластин 11, 12 и второго поляризатора 13. Третья ступень, широкоугольная ступень Эванса, состоит из поляризатора 13, кристаллических пластин 14 и 15, фазовой пластины 16 полволцы, кристаллических пластин 17 и 18 и второго поляризатора 19. Четвертая ступень, управляемая широкоугольная ступень Лио, состоит из поляризатора 19, поворотной фазовой пластины 20 полволны, фазовой пластины 2 четвертьволны, кристаллической пластины 22, фазовой пластины 23 полволны, кристаллической пластины 24 и второго поляризатора 25. Пятая ступень, управляемая широкоугольная ступень Лио, состоит из поляризатора 25, поворотной фазовой пластины 26 полволны, фазовой пластины 27 четвертьволны, двух кристаллических пластин 28 и 29, фазовой пластины 30 полволны, двух кристаллических пластин 31 и 32 и второго поляризатора 33, Шестая ступень, управляемая широкоугольная ступень Лио, состоит из поляризатора 33, поворотной фазовой пластины 34 полволны, фазовой пластины 35 четвертьволны, двух кристаллических пластин 36 и 37, фазовой пластины 38 полволны, двух кристаллических пластин 39, 40 и второго поляризатора 41. Седьмая ступень (корригирующая), управляемая широко- угольная ступень Лио, состоит из поляризатора 42, поворотной фазовой пластины 43 полволны, фазовой пластины 44 четверть- волны, двух кристаллических пластин 45 и 46 фазовой пластины 47 полволны, двух кристаллических пластин 48, 49 и второго поляризатора 3.Привод поворотных пластин 20, 26, 34 и 43 состоит из цилиндрических колес 50, рукоятки 51, шкалы 52, оси 53, цилиндрических колес 54 - 57, паразитных цилиндри995052 Номерпозициидетали Ориентация оптической Толщина,Материал мм оси, град. Кварц То гке 7,017 6,999 7,017 ческих колес 58 - 61, основной оси 62, двух- венцовых цилиндрических колес 63 в бб. -Теплозащитный светофильтр 1 представляет собой пластину из дигидрофосфата аммония (АДР), вырезанного перпендикулярно оптической оси кристалла, толщиной 10 мм и пластины из КС - 13 толщиной 2 мм. Ийтерференционный фильтр 2 используется в качестве фильтра предварительной монохроматизации и имеет следующие характеристики: длина волны максимума пропускания 656,28 нм, полуширина полосы пропускания 2 нм, пропусканне Т = 60 в Оо/о. пропускаиие Т0,1% в йерабочей зоне + 10 нм.Каждая из фазовых пластин четверть- волны и полволны состоит из двух пластин кристаллического кварца толщиной около 2 мм, ориентированных между собой так, что вносимые ими разности хода вычитаются. Разность толщин пары, образующей пластину в четвертьволны, равна 18,2 мкм, а образующей пластину полволны 36,4 мкм. В качестве поляризаторов используются пленочные поляроиды. Внутренние поверхности оптических деталей находятся иа иммерсиониам контакте. Оптическая стопа герметизируется. Рабочая температура фильтра 38 + + 0,1 С. Материал, толщина и ориентация оптической оси кристаллических и фазовых пластин представлены в табл. 1.Ориентация поляроидов в фильтре представлена в табл. 2. Поворотные фазовые пластины полволиы 20, 26, 34 и 43 вклеены в оправы .цилиндрических колес 50. Их вращение осу-, ществляется с помощью насыпных подшипников через редуктор рукояткой 51, соединенной со шкалой 52, Шкала 52 служит. для отсчета перемещения полосы пропускания фильтра по спектоальному диапазону. Ноль шкалы 52 соответствует центрировке полосы пропускания на длину волны 656,28 нм. Передаточные отношения 1 12, 1 1 между осью 53 редуктора и цилиндрическими колесами 50 с поворотными фазовыми пластинами полволны 43, 20, 26 и 34 равны соответственно 2:3, 1:4, 1:2 и 1:1.Перестройка полосы пропускания предлагаемого фильтра осуществляется следующим образом. 6Вращение от рукоятки - шкалы 5 и 52передается на ось 53, на которой закреплены четыре цилиндрических колеса 54 - 5.Далее через паразитные цилиндрические колеса 58 - 61 вращение передается на осиов ную ось 62, на которой свободно вращают-ся четыре двухвенцовых цилиндрических колеса 63 - 66, сопрягающихся с цилиндрическими колесами - оправами 50 фазовых пластин. При этом последние будут одновременно разворачиваться на разные углы в соответствии с вышеуказанными передаточными соотношениями. Крайние положения шкалы 52 соответствуют развороту пластин 43, 20, 26 и 34 на углы о, равные + 60, - 22,30; 45 и 90 соответственно, В результате такого разворота полоса пропускайия фильтра будет перемещаться на + 0,1 нм от нулевого положения.Введение в предлагаемый фильтр дополнительных поворотных фазовых пластин 20, 26, 34 и 43 полволны обеспечивает возмож ность измерений поляризациоииых эффектов на Солнце, так как входной 42 и выходной 41 поляризаторы фильтра в этом случае остаются неподвижными при перестройке полосы пропускания.В то же время введение дополнительныхкристаллических пластин 28, 32, 45 и 49 из дигидрофосфата калия и кристаллических пластин 36 и 40 из дигидрофосфата аммония в управляемые широкоугольные ступени Лио на порядок уменьшает температурную зо нестабильность положения полосы пропускания фильтра, так как температ;урные изменения волновой разности хода в основных кальцитовых пластинах компенсирукпся температурными изменениями волновой разности хода в дополнительных пластинах 35 из дигидрофосфата калия и дигидрофосфата аммония. Это позволяет строго центрировать полосу пропускаиия фильтра на задан.ную длйну волны. В случае необходимости решения только одной из двух указанных задач, она может быть решена путем введения в фильтр только одной соответствующей группы дополнительных элементов,Таким образом, использование изобретения позволяет расширить эксплуатационные возможности интерференционно-поляризационного фильтра.Таблица 1+45 18 1,767 21 22 Кальцит 27 Кварц 28 29 30 Кварц Кальцит 12,226 КальцитКварцКальцит О, 0364 12,226 КальцитКварцКальцитКварцКварцКальцитКварц Дигидрофосфат калияКальцит Дигидрофосфат калияКварц Дигидрофосфат аммония 0,01822,8800,03642,8800,01827,0157,4220,03647,4227,0150,01822,742 Ориентация оптической- д995052 9 Продолжение табл.3. Ориентация оптической оси, град. Номерпозициидетали Толщина, мм Материал Дигидрофосфатаммония 2,742 40 0,0182 0 Кварц 9,353 Дигидрофосфаткалия 9,896 КальцитКварцКальцит 0,0364 0 9,896 48 9,353 Дигидрофосфаткалия Табл и ца 2 Номерпозициидетали Ориентацияплоскостиполяризации,град. 90 0 90 0. формула изобретения Интерференционно-поляризациониый фильтр, содержащий теплозащитный и интерференциоииый фильтры, ступень Эванса, включающую два поляризатора и размещенные между ними три кристаллические пластины, широкоугольные ступени Эванса,каждая из которых включает два поляризатора и размещенные между ними четыре кристаллические пластины и фазовую пластину полволны; а также управляемые широ- ЗО коугольные ступени Лио, каждая из которых включает два поляризйтора и размещенные между ними две основные кристаллические пластины, одну фазовую пластину четвертьволны и одну полволны, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей фильтра путем обеспечения неподвижности его внешних поляризаторов при перестройке полосы пропускания и уменьшения температурной нестабильности ее положения, в управляемые широкоугольные ступени Лио дополнитель.- но введено еще по одной фазовой пластине полволны, каждая из которых установлена между входным поляризатором ступени и ее фазовой пластиной четвертьволиы с возможностью поворота вокруг оси фильтра, а так же по две кристаллические пластииы, Однаиз которых установлена между фазовой пластиной четвертьволны и одной из основных кристаллических пластин ступени, а другая - между второй основной кристаллической пластиной и выходным поляриза тором ступени, причем оптические оси дополнительных кристаллических пластин составляют угол 90 с оптическими осями основных, толщина дополнительных пластин определяется из соотношения55 к:е фд огде дА - толщины дополнительных и основных кристаллических пластин;995052 1 г РАУФФЯ орректор М. Ко одпнсное СР ного комитета СС ений и открытий Раушская наб., д. 4/5 Ужгород, ул. Проектнаяс 1 Я - термооптические коэффициентыДя оматериалов дополнительных иосновных кристаллических пластин, определякнцие изменениеволновой разности хода наммтолщины при изменении температуры на 1 С,а углы поворота введенных фазовых пластин полволны связаны соотношениемсс: О,ббо.; 0,5 о 1: 0,25 о,где -- угол поворота фазовой пластины Саста едак".Ор А 111 андор Техре Заказ 642/ 2 Тираж В 1" ИИПИ 1 ос " ,ст е но дедам изобрет 113035, Москва, Ж -З 5,Филиал ПГ 1 П Патент, гполволны в ступени с наибольшей волновойразностью хода. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Скоморовский В. И. и Иоффе С. Б. Монвхроматические фильтры для наблюдений Солнца. - Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. Вып. 52, 1980, с, 134 - 135.2. Там же, с. 135 (прототип). итель В. Кравченко И. Верее К ста 509 П