Селективно-интерференционный светофильтр

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (111

3(50 G 02 В 5/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 и 5<па

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3488820/18-10 (22) 02.09.82 (46) 07 ° 01.84. Бюл.Р1 (72) Л.В. Егорова (53) 535.853(038.8) (56) 1. Королев ф.А. Теоретическая оптика. И., "Высшая школа", 1966, с,429-434.

2. авторское свидетельство СССР ,1г 754221, кл. (; 01 ) 3/18, 24.07.78 (прототип) . (54 ) (57 ) СЕЛЕКТИВНО-ИНТЕРФЕРЕ1И1ИОННЫЙ СВЕТОФИЛЬТР, содержащий оптический призгленный блок с двугля отражающими гранями, дифракционную ре- шетку, совмещенную с входной гранью этого блока, а также модулятор, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции светофильтра при обеспечении эффективной селективнои модуляции, в него введена вторая дифракционная решетка, а оптический призменный блок выполнен составныл из двух идентичных . прямоугольйых приэгл, обращенных одна к другой гипотенузныгли гранями, между которыми размещены под,углом 120 одна относительно другой три точечные равнотолщинные опоры, причем прямоугольные призмы ориентированы симметрично относительно плоскости, проходящей посередине между их гипотенузными гранями параллельно этим граням, дифракционные решетки, штрихи которых параллельны ребрам прямых двугранных углов указанных призм, нанесены на их смежные катетные грани, в то время, как две другие смежные катетные грани являются гранями полного внутреннего отражения, модулятор выполнен в виде пьезоэлемента и совмещен с одной из точечных опор, две другие опоры расположены.на линии, параллельной штрихам дифракционных решеток, а их период определяется из соотношения где d — период дифракционных реше" ток," длина волны настройки светофильтра ц — показатель преломления материала призм; величина меньшего из углов призм.

1 1065S2.1

Изобретение относится к технической физике, а более конкретно к спектральным приборам типа интерферекционных светофильтров и мо><ет быть исполь зовано для спектрального анализа в качестве фильтрующего излучения устройства.

Известен интерференционный светофильтр, выполненный в виде чередующихся диэлектрических слоев с относительно высоким и низким показателя-10 ми преломления. Действие такого фильтра основано на.многолучевой ,интерференции P1) .

Недостатком известного светофильтра является относительно большая 15 ширина полосы пропускания.

Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является селективно-интерференциокный светофильтр, содержащий опти- 20 ческий призменный блок с двумя отражающими гранями, дифракционную решетку, совмещенную с входной гранью этого блока., а так><е модулятор (2).

В этом фильтре дифракциокная ре- 25

ыетка соединена с входной гранью монолитного призменного блока оптическим контактом и его отражающие грани выполнены зеркальными и ориентированы по нормали к дифрагированным пучкам света с дличой волны настройки фильтра, а модулятор возвратно- поступательно перемсщает дифракционную решетку перпендикулярно к ее штрихам. Ширина полосы пропускакия этого фильтра меньше, чем в предыдущем случае. Однако в указанном устройстве практически невозможно реализовать селективкую модуляцию, поскольку смещае>ые друг относительно друга оптический блок и диспергирующий элемент находятся на оптическом контакте„ и, следовательно, мех<ду кими действуют значительные по величине силы сцепления. Вместе с тем наличие селективной модуляции является «еобходимым условием функционирования подобных устройств, поскольку

Он<э обеспечивает кодиров-ние и последующую регистрацию интерфери — 50 рующего излучения с длиной волны .частроие<и а

Кроме того, недостатком указанного фильтра является и сложность изготовления высокоточной многогранпой призмы иктерференциокного качества, составляющей его основу.

Цель изобретения — упроцение конструкции светофильтра при обеспечении эффективной селективной модуляции.

Поставленная цель достигается тем, что в селективно-интерферен-. ционннй светофильтр, содержащий оптический призмекный блок с .дву- 65 мя О>тражающими гранями, дифракциоккую решетку, совмещенную с zходной гранью э-"юного блока, а также модулятор, введена вторая дифракционкая решетка, а оптический призмеккый блок выполнен составным из двух идентичны>< прямоугольных призм, обращенных одна к другой гипотекузнь>ми гранями., ме><ду которыми размецены под. углам 12<0 одна относительной другой ри точечные равнотолщинкые опоры., причем прямоугольные призмы.ориентированы симметрично oa íîcèéåëúÿî плоскости, проходящей посередине между их г>нпотекуз— ными гранями параллельно этим ракям, ди фрак ECHO HEI? р ешетк<и., штрихи «Gт Орых параллель.ны ребрам прямых двугранкы>< углов указанных призм, па«есекы На их смежные катетные гр;—

НН, в То время, как дье другие смежные Ha Te T:-.Ice грани являются "ра нями полного внутреннего отраже:IHH, модулятор выполнен в виде пьезоэлемента и совмещен с од Ой из то .-ечных опор, две другие опоры расположены на ликии, параллельной штрихам дифр>lêöèoííûõ решеток, а:-;х иеркяд Определяется из сооткоыекия

Ъ и Мncc, где g перчод цийракциОККЫХ ОЕш -Ок

Я вЂ” длина волиI настройки светофильтра;

П вЂ” Iоказатель преломления I.=Teриала призм;

I ь, — величина меньшего из углов призм .;a фиг.1 H 2 показаны возможные варианты конструктивного реыения предлагаемого устройства.

Селективно-иктерференциокный светофильтр выполнен в виде Оптического призмекнОгО блОка, сОстОящего из двух идентичных прямоугольных призм

1 и 2, обращенных одна к другои гипотенузными гранями 3 и 4, между которыми размещены под углом 120 одна относительно другой три точе=ные равнотолщиккые опоры 5 — 7. Призмы

1 и 2 Ориентированы симметри

10 и 11 прямых двугранных углов призм 1 и 2. Две другие смежные ка еткые грани 12 и 13 призм являются- гранями полного внутреннего отражекия.. Точечкая опора 7 выполке" 065811 на в виде пьезоэлектрической таблетки и представляет собой модулятор.

Опоры 5 и б расположены на линии, параллельной ребрам 10 и 11. Период дифракционных решеток определяется вышеприведенным соотношением и 5 в случае, изображенном на фиг.1, где е =45О, раве < ) 2Я в то п.4V время, как для варианта, представленного на фиг.2, где М =30, величина этого периода соответствует выражению J= — „, т. е. превышает ве h личину периода для первого случая в > 2 раэ. Оптические системы, коллимирующие пучок на входе приэменного блока и фокусирующие его на вы"оде, а так>«е регистратор излучения (не показаны). Таким образом, предлагаемое устройство состоит из простых прямоугольных призм, технология изготовлечия которых де-ально отра- 2О ботана, что и делает конструкцию фильтра менее сложной по сравнению с устройством-прототипом.

Устройство работает следующим образом. 25

Параллельный пучок лучей падает по нормали на входную грань В светофильтра. Полученная голографическим способом прозрачная дифракционная решетка, нанесенная на эту 3О грань, характеризуется синусоидальным профилем штрихов, обладающим тем свойством, что радиация па нем дифрагирует исключительно в первые порядки — правый и левый. Дифрагировавшая в правый порядок радиация выходит из призмы 1 перпендикулярно гипотенузным граням 3 и 4 призм, проходит воздушный промежуток, попадает в призму 2 и падает на вто- лО рую, идентичную первой дифракционнуи решетку грани 9. Дифрагировавшая в левый порядок радиация пре— терпевает полное внутреннее отражение .на катетных гранях 12 и 13 призм 1 и 2 и также падает на дифракционную решетку грани 9 по другую сторону от нормали к ней. Далее оба фронта дифрагируют вторично и интерфирируют в направлении нормали к решетке грани 9.

Если воздушный промежуток между призмами 1 и 2 плоскопараллелен, то его толщина никак не сказывается на работе прибора. Однако поворот одной из призм вокруг оси, параллельной штрихам решеток, ведет к некоторому изменению длины волны настройки, т.е. к сканированию по спектру.

В режиме интерференционного фильтра сканирование в небольших пределах необходимо для реализации селективной модуляции — кодирования и выделения интерферирующей радиации.

Для осуществления селективной модуляции на пьезоэлемент 7 подается переменное синусоидальное напряжение с частотой порядка килогерца. В ре»; зультате одна из призм приходит в колебательное движение, а радиация с длиной волны настройки оказывается промодулированной. При этом сохраняется жесткость всей системы-кубика, как единого целого, поскольку конструктивно легко может быть обеспечено силовое замыкание призм 1 и 2 через точечные опоры 5-7.

В предлагаемом селективно-интерференционном светофильтре нулевую разность хода имеют лучи, идущие по краю зрачка и падающие на вершину прямого угла. В прототипе нулевая разность хода приходится на центр зрачка, так что дифракционная разность хода (и следовательно, и разрешающая способность) там в два раза меньше. Увеличение разрешающей способности является дополнительным преимуществом предлагаемого фильтра который обеспечивает разрешаемый интервал 0,003 нм при коэффициенте пропускания примерно 335, в то время, как для базового объекта (прототипа) эти характеристики составляют соответственно 0,007 нм и

10-20Ъ.

1<роме того, предлагаемое устройство выгодно отличается от прототипа отсутствием засветки фотоприемника> даваемой нулевым порядком дифракции, а особенно важно то, что в нем естественным образом разделены вход и выход схемы, в то время, как прототип работает по автоколлимационной схеме. Это позволяет избежать дополнительных энергетических потерь на отделение выходного сигнала.

Таким образом, в компактном селективно-интерференционном светофильтре, выполненном в виде кубика небольших размеров, используются две простые в изготовлении прямоугольные призмы, которые опираются на три точечные опоры. Использование в качестве одной из опор пьезокерамического элемента легко обеспечивает периодическое сканиро вание по длине волны, так как селективную модуляцию излучения.

В этом и cocToiiT в основном, технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения по сравнению с базовым прибором (прототип oM) 1065811

Х

Ю

Состав итель Б. Кравченко редактор Ю. Середа Техред ф. Бабинец Кбрректор Ю. Иакаренко

Заказ 11038/47 Тираж 501 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, K-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4