Оптический фильтр с перестраиваемой шириной полосы пропускания

 

ОПТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР С ПЕРЕСТРАИБАЕМОЙ ШИРИНОЙ ПОЛОСЫ ПРОПУСКАНИЯ , содержащий расположенные последовательно поляризатор, оптически активный кристаллический элемент с точкой инверсии в дисперсиилинейного двулучепреломления, оптическая ось которого параллельна направлению пропускания электромагнитных колебаний поляризатора, а также анализатор, направление пропускания электромагнитных колебаний которого перпендикулярно аналогичному направлению поляризатора или параллельно этому направлению , отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции фильтра, кристаллический элемент выполнен в виде изогнутой пластинки с коаксиальными цилиндрическими поверхностями и установлен с возможностью поворота вокруг общей оси этих поверхностей, которая параллельна оптической оси элемента и проходит S через оптическую ось фильтра, а перед кристаллическим элементом размещена щелевая диафрагма, ориентированная вдоль з азанной оси цилиндрических поверхностей.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4 (51) G 02 В 5/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЧФ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3678319/24-10 (22) 23.12.83 (46) 30.01.85. Бюл. № 4 (72) О.Г.Влох, А.В.I àðèê, В.А.Грабовский и И.M.Íåêðàñîâà (71) Львовский ордена Ленина государственный университет им. Ивана Франко (53) 535 ° 345. 67 (088.8) (56) 1. Зайдель А.Н. и др. Техника и практика спектроскопии. M., "Наука", 1972, с. 243.

2. "Phys. Rev. 143, 2, 1966, р. 627-633 (прототип). (54) (57) ОПТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР С ПЕРЕСТРАИВАЕМОЙ ШИРИНОЙ ПОЛОСЫ ПРОПУСКАНИЯ, содержащий расположенные последовательно поляризатор, оптически активный кристаллический элемент с точкой инверсии в дисперсии. линейного двулучепреломления, оптическая

„SU„, 1137421 A ось которого параллельна направлению пропускания электромагнитных колебаний поляризатора,-а также анализатор, направление пропускания электромагнитных колебаний которого перпендикулярно аналогичному направлению поляризатора или параллельно этому направлению, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции фильтра, кристаллический элемент выполнен в виде изогнутой пластинки с коаксиал ными цилиндрическими поверхностями и установлен с возможностью поворота вокруг общей оси этих поверхностей, которая параллельФ на оптической оси элемента и проходит g через оптическую ось фильтра, а перед кристаллическим элементом pasMeщена щелевая диафрагма, ориентированная вдоль указанной оси цилиндрических поверхностей.

1137421

Изобретение относится к технике оптического приборостроения а именно к интерференционно-поляризационным фильтрам, применяемым для анализа спектров оптического излучения, и может быть использовано в астрофизической практике в случаях необходимости плавного изменения ширины полосы фильтрации в широких пределах, например, для согласования 10 с полосами излучения ОКГ на красителях, т.е. монохроматизации излучения.

Известен оптический интерференционно-поляризационный фильтр Вуда, выполненный в виде плоскопараллель- !5 ной двулучепреломляющей кристаллической пластины, помещенной между двумя поляризаторами, оси которых обычно устанавливаются взаимно параллельно, а оптическая ось кристаллической 20 пластинки составляет с ними угол 45 (1) .

Недостатком фильтра Вуда является, в частности, его малая угловая апертура — наибольшая допустимая расхо- 25 димость пучка, как правило, не превышающая l

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является оптический фильтр с перестраиваемой шириной полосы пропускания, содержащий расположенные последовательно поляризатор, оптически активный кристаллический элемент с точкой инверсии в дисперсии линейного двулучепрелом- 35 ления, оптическая ось которого параллельна направлению пропускания электромагнитных колебаний поляризатора, а также анализатор, направление пропускания электромагнитных колебаний 40 которого перпендикулярно аналогичному направлению поляризатора или параллельно этому направлению. В этом устройстве, известном как фильтр Генри, кристаллический элемент также выпол- 45 нен в виде плоскопараллельной пластинки. Такой фильтр является широкоапертурным и имеет единственную пропускаемую, в случае перпендикулярности осей поляризаторов, или блокируе- 50 мую, в случае их параллельности, узкую спектральную полосу с центром при длине волны точки инверсии. Точкой инверсии называется длина волны света, при которой линейное двулуче- 55 преломление равно нулю. Перестроика указанного фильтра по спектру и управление спектральной шириной его полосы может осуществляться путем изменения температуры, химического или стехиометрического составов кристаллического элемента и путем приложения к нему внешних электрического или механического полей. Кроме этого, спектральная ширина полосы фильтра зависит также от толщины кристаллической пластинки (?) .

К недостаткам данного фильтра относится сложность его внешнего аппаратурного оснащения. Например, управление параметрами фильтра с помощью температуры связано с размещением кристаллического элемента в термостате, обладающем способностью с определенной степенью точности стабилизировать температуру. При этом переход от одной температуры к другой, приводящий к изменению указанных параметров фильтра, является весьма инерционным процессом. Управление параметрами фильтра с помощью электрического и механического полей связано соответственно с применением высоковольтных источников и сложных механизмов передачи контролируемой механической нагрузки и т.д.

Цель изобретения — упрощение конструкции фильтра.

Поставленная цель достигается тем, что в оптическом фильтре с пере-— страиваемой шириной полосы пропускания, содержащем расположенные последовательно поляризатор, оптически активный кристаллический элемент с точкой инверсии в дисперсии линейного двулучепреломления, оптическая ось которого параллельна направлению пропускания электромагнитных колебаний поляризатора, а также анализатор, направление пропускания электромагнитных колебаний которого перпендикулярно аналогичному направлению поляризатора или параллельно этому направлению, кристаллический элемент выполнен в виде изогнутой пластинки с коаксиальными цилиндрическими поверхностями и установлен с возможностью поворота вокруг общей оси этих поверхностей, которая параллельна оптической оси элемента и проходит через оптическую ось фильтра, а перед кристаллическим элементов размещена щелевая диафрагма, ориентированная вдоль указанной оси цилиндрических поверхностей.

1137421

На фиг. 1 представлена оптическая схема фильтра; на фиг. 2 — ориентация и форма кристаллического элемента, изготовленного из AgGaS2 (симметрия

42 m); на фиг. 3 — спектры пропускания действующего фильтра для ряда фиксированных углов (разворота кристаллического элемента вокруг оси цилиндров.

Оптический фильтр содержит распо- 10 ложенные последовательно поляризатор i, щелевую диафрагму 2, оптически активный кристаллический элемент 3 с точкой инверсии Я в дисперсии ли1 нейного двулучепреломления и анализа- f5 тор 4. При этом поляризатор 1 и анализатор 4 либо скрещены (пропускаемая полоса), либо установлены на полное пропускание (блокируемаж полоса), а оптическая ось (на фиг. 2 ось с.001>) 20 элемента 3 параллельна направлению пропускания поляризатора 1. Сам кристаллический элемент 3 выполнен в виде изогнутой пластинки с коаксиальными цилиндрическими поверхностями 25 и установлен с возможностью плавного поворота вокруг общей оси <001> этих поверхностей, которая проходит через оптическую ось фильтра. В качестве поляризаторов 1 и 4 используются приз-зо мы Глана или поляроидные пленки.

В качестве щели 2 служит стандартная приборная спектральная щель типа УФ-2 (можно применять щели и более простой конструкции). Щель

35 установлена параллельно оси коаксиальных цилиндров, образующих поверхности кристаллического элемента 3, и служит для отсечения периферийных лучей светового потока, которые от- 4р клонены от нормали к поверхности этого элемента и создают фон. Поскольку фильтры Генри являются широкоапертурными, то нет необходимости в строгих ограничениях ширины раст- 45 вора щели, оптимальная его ширина определяется без особых затруднений опытным путем. Чем больше кривизна поверхностей кристаллического элемента 3, тем уже ширина щели, и наоборот. Для изготовления элемента 3 можно использовать известную технологию формирования цилиндрических поверхностей у соответствующего класса линз. Выбор размеров кристаллического элемента, кривизны ограничивающих

его поверхностей и ориентации относительно кристаллофизической системы координат определяются величиной двулучепреломления кристалла, его симметрией и пределами измерения спектральной ширины фильтра. Изготовленный из кристалла ApGaSg элемент (фиг. 2) имел следующие размеры

К2-К<=2,5 мм, Ь=8 MM (p()=22 5 . Для

ApGaS (при комнатной температуре) h, =4980 А.

Физический механизм работы предложенного фильтра тот же, что и у фильтров Генри, пропускание которых объясняется в предложении об эллиптической поляризации собственных волн кристалла в окрестности точки инверсии.

Для измерения спектральной ширины полосы фильтра, т.е. расстояния Ь между ближайшими минимумами, ограничивающими центральный максимум, кристаллический элемент 3 вращает вокруг оси цилиндрических поверхностей. При этом (фиг. 3) интерференционные минимумы, ограничивающие центральную полосу, сходятся (или расходятся при изменении направления вращения) относительно центра полосы, изменяя 1 тем самым ее спектральную ширину.

Этот эффект объясняется тем, что величина является функцией дополнительного двулучепреломления кристалла Ьп5, которое может быть обусловлено различными механизмами. Например, может быть индуцировано мак— роскопическими внутрикристаллическими полями, внешними механическим или электрическим полями, либо связано с естественным эффектом оптической активности. В последнем случае величина h ng зависит от направления волнового вектора относительно кристаллофизической системы координат.

Так, для кристаллов, принадлежащих к классу симметрии 4,2 m например

Ag GaS2, максимальная величина hng достигается в направлениях (1007 и (010, а в направлениях (1007 <1107 и (001) имеет нулевое значение.

Управление спектральной шириной пропускания фильтра путем изменения дополнительного двулучепреломления Ап при изменении направления волновой нормали, является не только более простым, но и более целесообразным, чем с помощью внешних электрического или механического полей, так как в последнем случае величина индуцированного изменения двулучеплеломле1137421

50>

Фиг.2

1 1 1 I I

497 4УУ Х,ни

Фиг.Х

Составитель В.Кравченко

Редактор Т.Колб Техред T.Маточка Корректор M.Màêñèìèøèíåö

Заказ 10519/34 Тираж 526 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4 ния обычно на несколько порядков ниже, что ограничивает пределы изменения спектральной ширины фильтра. Например в Ар, GaS2lrng)Mosque изменяться в пределах от 0 в направлении (110> до 1,3х10 в йаправлении (100>. Индуцированное же изменение п внешними полями при их реально допустимых величинах имеет порядок 10 .

Таким образом, использование изобретения обеспечивает по сравнению

5 с прототипом упрощение управления шириной полосы пропускания фильтра и расширение диапазона изменения этой ширины.