Субмиллиметровый полосовой фильтр (его варианты)

рой одномерных металлических решеток, штрихи которой ориентированыопод углом ч 5 к штрихам парных решеток и под углом 90 о к направлению электрического вектора, падающего на фильтр излучения, причем все решетки выполнены поляризующими с периодом З,характеризуемым соотношением а расстояние, между парными одномерными металлическими решетками составляет3(1 ылы. ) ы(1+ьюю 1с 9 в4 соэ С( О Фсо 5 с(,о где Л о - максимальная длина волныедля центра полосы пропускания фильтра;с(о - угол падения излучения напарные решетки;Ои с( - меньший и больший из угловпадения излучения на решетки.1Изобретение относится к оптическим фильтрам субмиллиметрового диапазона и может быть использовано в субмиллиметровой астрономии при наблюдении слабых источников с использованием неселективных приемников, а также в субмиллиметровых спектрометрах для предварительной монохроматизации излучения и разделения порядков спектра. 10Известен субмиллиметровый полосовой фильтр на металлических решетках. При этом фильтр, выполненный на одномерных металлических решетках, обеспечивает фильтрацию линейнополярИ:15 зованного излучения, а фильтр на двумерных металлических решетках (сетках) обеспечивает фильтрацию излучения с произвольной поляризацией. Период фильтра, выполненного в 20 виде двумерной решетки-сетки, примерно равен рабочей длине волны 1 3. Недостатки указанного фильтра - высокое остаточное пропускание для 2 коротковолнового излучения и отсутствие возможности перестройки фильтра по частоте.Наиболее близким к предлагаемому является субмиллиметровый полосовой фильтр, содержащий пару одномерных Металлических решеток, установленных параллельно друг другу на расстоянии, соизмеримом с длиной волны излучения, штрихи которых взаимно перпендикулярны, и одиночную одномер35 ную металлическую решетку, расположенную на вх ие Фильтра Г 2 Д.Недостатком известного фильтра является то, что при фильтрации излучения с произвольной поляризацией часть полезной мощности теряется вследствие, отражения от фильтра.В частности, в случае неполяризован" ного излучения или получения с круговой поляризацией теряется половина полезной мощности. Кроме того, при фильтрации линейно поляризованного излучения, так и излучения с произвольной поляризацией, коэффициент пропускания этого фильтра имеет достаточно большую величину (0-807) лишь в узком диапазоне перестройки фильтра 1 ср+ 0,1 Лср "де ср- сред няя длина волны в диапазоне перестройки фильтра). При перестройке фильтра в более широком диапазоне его пропускание резко падает.Цель изобретения - повышение коэффициента пропускания фильтра и расширение диапазона перестройки полосы пропускания, а также повышение коэффициента пропускания и расширение дна пазона перестройки полосы пропускания линейно поляризованного излучения.Указанная цель достигается тем, что в субмиллиметровый полосовой фильтр, содержащий пару одномерных металлических решеток, установленных параллельно друг другу на расстоянии, соизмеримом с длиной волны излучения, штрихи которых взаимно перпендикулярны, и одиночную одномерную металлическую решетку, распопоженную на входе фильтра, на пути изпюения,На фиг. 1 взаимная ориентация штрихов решеток 1"б показана в соответствующих кружках 1-6., Направленияэлектрчиеского вектора Е излученияпоказаны стрелками. Расстояние 4 5между решетками 2,3 и 4,5 может изие".няться либо дискретно с помощью калиброванных по толщине сменных кольцевых прокладок, либо плавно путемпрямолинейного перемещения одной из 10решеток по направляющей, например,типа ласточкин хвост" с помощьюмикрометрического винта.Субмиллиметровый полюсовой фильтрлинейно-поляризованного излучения 15(фиг, 2) содержит одномерные поляризующие решетки 2, 3 и 6, выполненные из тонких металлических проволочек, натянутых параллельно другдругу на плоскую кольцевую оправу. 20Плоскости решеток 2, З,и б параллель"ны. Расстояние Р между решетками2 и 3 определяется рабочей длинойволны. Штрихи решеток 2 и 3 ориентированы под углом 90 друг к другу. Реошетка 6 установлена на выходе,фильтра. Ее штрихи ориентированыпод углом 45 к направлениям штрихов решеток 2 и 3 и под углом 90 фк направлению электрического векто- ЗОра входного излучения. На фиг, 2взаимная ориентация штрихов решеток2, 3 и 6 показана в соответствующихкружках 2, 3 и 6, Направления электрического вектора Е излучения пока- .35заны стрелками.Субмиллиметровый полосовой фильтрпо п. 1 работает следующим образом.На вход фильтра поступает поток40 излучения А с произвольной поляризацией. Решетка 1 осуществляет разделение потока излучения А на два пото " ка излучения В и С с линейной взаимно перпендикулярной поляризацией.45 При этом решетка 1 пропускает поток излучения В, проекция электрического вектора которого на плоскость решет- ки 1 перпендикулярна ее штрихам, и отражает поток излучения С, проекция электрического вектора которого50 на плоскость решетки 1 параллельна ее штрихам. Затем потоки излучения В и С поступают соответственно на решетки 2 и 5Решетка 2 осуществляет разделение потока излучения В на два Потока излучения В 1 и Вг равной интенсивности, так как проекцияэлектрического вектора потока излучения В на плоскость решетки 2 ориенотирована под углом .45 к направлению ее штрихов. При этом решетка 2 отражает поток излучения В, проекция электрического вектора которого на плоскость решетки 2 параллельна ее штрихам, и пропускает поток излучения В , проекция электрического вектора которого иа плоскость решетки 2 перпендикулярна ее штрихам. Амплитуда Ъ 1 и Ъ колебаний электрических векторов потоков излучения В 1 и В связаны с амплитудой 3 колебанийоэлектрического вектора потока излучения В соотношением Решетка 3 отражает поток излучения В., так как проекция его электрического вектора на плоскость решетки 3 параллельна ее штрихам. Решетка 2 пропускает поток излучения В, отраженный от решетки 3, так как проекция его электрического вектора на плоскость решетки 2 перпендикулярна ее штрихам. Затем поток излучения Вг суимируется с потоком излучения В отраженным от решетки 2. Суммарный поток излучения В в общем случае эллиптически поляризован, благодаря разности фаэ о" между колебаниями электрических векторов потоков излучения В 1 и Вгр ФЛ 1 соз аЪгде- расстояние между решетками2 и 3о - угол падения потока излучения В на решетки;Л - длина волны.Длина полуосей 1. и . эллипса поляризации потока йзлучейия В опре" деляются соотношениями=Ь, сов нУг;= Ь з 1 а("/г .Проекции полуосей . и о эллипса поляризации потока излучения В наплоскость решетки 6 соответственно перпендикулярны и параллельны ее штрихам. Решетка б пропускает часть потока излучения В, проекция электрического вектора которого на плоскость решетки 6 перпендикулярна ее штрихам, и отражает часть потока излучения В, проекция электрического вектора которого на плоскость решет. ки 6 параллельна ее штрихам. Частьпотока излучения В с амплитудойколебаний электрического вектораотраженная от решетки 6, поступает. на выход фильтра, 5 Решетки 5 и 4 осуществляют аналогичное преобразование потока излучения С в эллиптически поляризованныйпоток излучения С . При этом длиныполуосей Еи К эллипса поляризациипотока излучения С определяютсясоотношениямиЕ= С соз с(2;1 =С,з 1 п сР/2,где Со- амплитуда колебаний электрического вектора потока излучения.С;с - разность фаз между колебаниями электрических векторовпотоков излучения С 1 и С 2у- ФУСОМЛПроекции полуосей Е и Е эллипса 25.параллельны и перпендикулярны еештрихам. Решетка б отражает частьпотока излучения С , проекция элек 30трического вектора которого на плоскость решетки б параллельна ее штрихам, и пропускает часть потокаизлучения С, проекция электрического вектора которого на плоскостьрешетки 6 перпендикулярна ее штрихам З 5Часть потока излучения С с амплитудой колебаний электрического вектора, прошедшая через решетку б,поступает на выход фильтра. Так какнаправления электрических векторовпотоков излучения с амплитудамии Е 2 взаимно перпендикулярны, то йавыходе фильтра имеются два неинтерферирующйх потока, излучения. Суммарнаяинтенсивность Е результирующегопотока излучения на выходе фильтраопределяется соотношением интенсивность потока излучения, А на входе Фильтра расстояние между решетками 2,3 и 4,5; 55 угол падения. излучения на решетки;длина волны,Интенсивность 7 выходного излучения на длине волны В =3 :4 У соз ооравна интенсивности Зо входного излучения. На длинах волн )Ц 2,д ,1 6, интенсивность выходного излучения равна нулю, так как на этих длинах3, 2 .2 ТОсозоСволн множитель 51 п , = 0 На длинах волн 1 Ц 3,4 / В/7 соглас- но приведенной выше формуле, получен", юй без учета зависимости поляризуюих свойств решеток от длины волны, интенсивность Э , как и для основного максимума с центром на равна Эо . С учетом же этой зависиО мости при периоде решетокЗ=, 3(1.+61 по ) где До- максимальная длина волны для центра полосы пропускания Фильтра, интенсивность излучения на выходе фильтра на волнах йо/3 , до /5 3 /7,пренебрежимо мала в срав" ненни с интенсивностью основного максимума. Подавление коротковолнового излучения обусловлено тем, что при Л с 3 ( 1 +1 п Ы) поляризующие свойства металлической решетки резко ухудшаются и решетка становится прозрачной и для излучения, электрический вектор которого параллельны ее штрихам. При периоде решетоки значениях рабочей31+ эпс 1длины волны о3в областиодифракции оказываются все коротковол" новые максимумы. Соответствующие им потоки излучения практически без отражения проходят через решетки фильтра, не попадая на его выход.Перестройка фильтра по спектру осуществляется путем изменения раесто яния 1 между решетками 2,3 и 4,5. При изменении расстояния 3 в пределах ( 1+51 пс) ЗД(+ зиппо)4 овЯсЮсов О обеспечивается перестройка фильтра в диапазоне4+51 По 1( ЛО - 3 И+З 1 п(Для случая, о = 15 перестройка фильтра осуществляется от=М(1+51 по до Л ,=1 Зсмк ( 1 31 по 6)в диапазоне 71 ср +0.4средняя длина волны диапазона перестройки фильтра, При этом коэффициент пропускания изменяется незначительно, оставаясь высоким (93-793) во всем диапазоне перестройки. Оста"1083145 1собф,11излучения равна нулю, так как нэтих длинах волн множитель12 2.й 80050(ВМ=О На длинах волн о/3, ЛБ рЛо/7 согласно приведенной выше формуле, полученной без учета зависимости поляризующих свойств решеток от длины волны, интенсивность 3 , как и для основного мак,симума с, центром на, равна Э, . 10 С учетом же этой зависимости при пе-. риоде рееетои ,то и где иЗМ+1 по) максимальная длина волны для центра полосы пропускания фильтра, интенсив ность излучения на выходе фильтра на волнах Во 9 р Ло/ р о/7 рпРе небрежимо мала в. сравнении с интенсивностью основного максимума. Подавление коротковолнового излучения 20 обусловлено тем, что при Л 4 И (ФЕ 1 оо 1 поляризующие свойства металлической решетки резко ухудшаютсяи решетка становится прозрачной и для излучения, электрический вектор 25 которого параллелен ее штрихам. Прилпериоде решеток д - О и зна-3(1+ э 1 п Ы) чениях рабочей длины волны ВоЛв в области дифракции оказываются все коротковолновые максимумы. Соответ.- ствующие им потоки излучения практически беэ отражения проходят через решетки фильтра, не попадая на его выход.Перестройка фильтра по спектру осуществляется путем изменения расстояния 1 между решетками 2 и З,При изменении расстояниявпределахерестройка филь обеспе в диап ваетсяоне с 3(1+в 1 по) Л 0 (Зд (1+Я п а)оДля случая о =15 перестройкафильтра осуществляется от Л ==ЗВ 1 з 1 Ы 1 до 2" = 1,3 д (1+51 псат.е. в диапазоне Лср й 0,4 Лср,где Лср - средняя длина волны диапазо р.тна перестройки фильтра, его коэффициент пропускания изменяется незначительно, оставаясь высоким (93-9 Х)во всем диапазоне перестройки. Остаточное пропускание коротковолновыхмаксимумов изменяется при этом отнескольких десятых долей процентадо 67. Относительная ширина полосыпропускания дЛ / Лее (на уровне 9 р 5)в диапазоне перестройки Фильтра изме.няется.примерно от 1,3 до 0,85.Таким образом, в субмиллиметровомполосовом Фильтре линейнополяризован"ного излучения осуществляется преобра"зование входного потока излученияс линейной поляризацией в эллиптически поляризованный поток излучениясо степенью эллиптичности,зависящейот длины волны, и выделение на выходефильтра части потока излучения с линейной поляризацией, перпендикулярной начальной. Кроме того, в фильтрепериод решеток выбран таким, чтокоротковолновые максимумы пропускания попадают в область дифракции.За счет этого обеспечивается повышениекоэффициента пропускания Фильтра прирасширении диапазона его перестройки,-м - Я;,МКИ 7 д дактор С.Квятковс орректо шетник аказ 1748 4 по1303 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная ставитель П.Яковлехред М.Кузьма Тираж 497Государствейного комитетелам изобретений и открыМосква, 3-35, Раушская ПодписноСССРийаб., д. 4/5,