Поляризатор

 

Изобретение относится к поляризационным оптическим устройствам, а именно к поляризаторам, которые могут быть использованы для получения линейно-поляризованного излучения. Изобретение позволяет расширить рабочий спектральный диапазон при сохранении высокой степени поляризации. Поляризатор содержит три оптически связанные плоскопараллельные пластины, расположенные параллельно одна другой и под углом Брюстера к оптической оси. На' все рабочие грани пластин нанесены двухслойные диэлектрические покрытия. ^ ил»

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 02 8 5/3О

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4842510/10 (22) 25.06.90 (46) 23.02.92. Бюл. hh 7 (71) Опытно-производственное предприятие по изготовлению уникальных физиче-. ских приборов и оборудования Научнотехнического объединения АН СССР (72) В.Е. Семенов (53) 535.824.4(088.8) (56} У, Шерклифф. Поляризованный свет. М., "Мир", l966, с. 96-105. "Оптико-механическая промышленность", М 9, 1977, с. 56 — 57. Ы „1714554 А1 (54)ПОЛЯРИЗАТОР (57) Изобретение относится к поляризационным оптическим устройстваМ, а именно к поляризаторам, которые могут быть использованы для получения линейно-поляризованного излучения. Изобретение позволяет расширить рабочий спектральный диапазон при сохранении высокой степени поляризации. Поляризатор содержит три оптически связанные плоакопараллельные пластины, расположенные параллельно одна другой и под углом Брюстера к оптической оси. Ha все рабочие грани пластин нанесены двухслойные диэлектрические покрытия. 3, ил, 1714554

Изобретение относится к поляризации- ми параметрами для заданной длины волны онным оптическим устройствам, а именно к технически сложно, поляризаторам, которые могут быть исполь- В последнее время с развитием перезованы для получения линейно-поляриэо- страиваемыхлазероввозниклапотребность ванного излучения в оптико-электронных 5 в дешевых поляризаторах, обладающих приборах. высокой степенью поляризации и высоким

Известны поляризаторы, выполненные коэффициентом пропускания в широком в виде различйых двулучепреломляющих спектральном диапазоне., призм. Такие поляризаторы характеризуют- Целью изобретения является расширеся как наиболее высококачественные, име- 10 ние рабочего спектрального диапазона поют высокую степень поляризации ляризатора при высоких степени поля(отношение главных пропусканий порядка ризации и коэффициенте пропускания.

10 -10") и широкий рабочий спектральный Поставленная цельдостигается тем,что в поляризатор, содер>кащий одну плоОднако, посколькуизвестные поляриза- 15 скопараллельную стеклянную пластину торы изготавливаются из двулучепреломля- с и нте рференционным диэлектрическим ющего материала, например исландского покрытием, нанесенным нэ одну из рабочих шпата; они являются дефицитными и доро- граней, расположенную под углом. Брюстегостоящими, что ограничивает их примене- ра к оптической оси, дополнительно введе20 ны две оптически связанные с первой

Известны поляризаторы, выполненные плоскопараллельные пластины, располов виде набора плоскопараллельных пластин женные с воздушными промежутками, и вы— стопы, работающие на отражение и про- ходная диафрагма, причем диэлектрическое пускание в широком спектрэльномдиапазо- покрытие выполнено двухслойным и нане,25 сено на обе рабочие грани каждой из плоНедостатками таких поляризаторов яв- скопараллельных пластин, ляются их громоздкость и малое пропуска- Сопоставительный анализ с прототиние. Например, для достижения степени пом показывает, что предлагаемый поляриполяризации 98 $ стопа должна содержать затор содержит три плоскопараллельные неменее15-типластин, Приэтомпропуска- 30 пластины из оптически прозрачного матение таких систем настолько мало, что они риала, расположенные параллельно одна не находят широкого применения, другой с воздушными промежутками под углом Брюстера к оптической оси поляриНаиболее близкими по технической затора. На обе рабочие грани каждой из сущности к предлагаемому являются поля- 35 пластин нанесено двухслойное интерферизэторы, представляющие собой плоско- ренционнае диэлектрическое покрытие. С параллельную стеклянную пластину с набором плоскопараллельных пластин опнанесенным на одну из ее рабочих граней тически связана выходная диафрагма, что многослойным интерференционным диэ- позволяет сделать вывод о соответствии лектрическим покрытием, расположенную 40 предлагаемого поляризатора критерию "нопод углом Брюстера к оптической оси, По- виана". крытие состоит из большого числа чередую- Сравнение заявляемого решения с друщихся слоев (25-50) ив материалов.с гими техническими решениями показывает, высоким и низким показателями преломле- что известно применение набора плоскопа45 раллельных пластин (стопа Столетова) в каmen se поляризатора; но -для получения

Эти поляризаторы обладают степенью высокой степени поляризации требуется поляризации порядка 96 /, и пропусканием 10-15 пластин. порядка 88@ (для P-компоненты) в рабочем Диэлектрическое интерференционное спектральном диапазоне, не превышаю- 50 покрытие также используется для получещем 0,01Я р, ния поляризованного излучения, но известНедостатком таких поляризаторов яв- ные конструкции поляризаторов содержат ляется узкий рабочий спектральный диапа- 25"50 слоев. зон, вследствие чего они изготавливаются Авторам не известно использование дитольконаодну,заданную,длинуволны @и 55 афрагмв преобразующихустройствах. не могут быть использованы для других При изучении других известных технических решений в данной области техники .

Кроме тог0, изготовление многослойно- автором не обнаружены технические решего поляризационного покрытия с требуемы- ния, в которых для расширения рабочего спектрального диапазона при высокой

1714554 степени поляризации и коэффициенте про пускания использовались бы три плоскопараллельные стеклянные пластины с двухслойным диэлектрическим интерференционным покрытием на обеих рабочих 5 гранях каждой из.пластин, расположенных с воздушными промежутками между собой и под углом Брк>стерв к оптической оси, и оптически связанная с ними выходная диафрагма. 10

Это позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию ™существенное отличие".

На фиг, 1 представлена конструкция поляризатора; на фиг.2 — ход лучей в одной из 15 плоскопараллельных пластин поляризатора.

Поляризатор содержит три плоскопараллельные стеклянные пластины 1 — 3, расположенные параллельно одна другой с 20 воздушными промежутками. При этом нормаль к пластинам составляет с оптической осью угол Брюстера. На обе рабочие грани пластины 1-3 нанесено двухслойное диэлектрическое по- 25 крытие, состоящее из слоя 4 с низким показателем преломления и слоя 5 с высоким показателем преломления. Выходная диафрагма 6 предназначена для выделения основного луча 7, направленного вдоль оп- 30 тической оси, и гашения вторичных лучей (8=К), возникающих вследствие многократного отражения от поверхностей пластин

1 —.3. . Диаметр выходной диафрагмы 6 равен 35 световому диаметру поля ризатора.

Толщина пластин 1 — 3 и воздушных промежутков согласно законам геометрической

C оптики связаны со световым диаметром

d поляризатора следующими соотноше- 40 ниями:

1 дсв, ) св б

2tgP - cosа 2 з1па где 1 — толщина одной из пластин; 45 — толщина воздушного промежутка! между пластинами;

a — угол падения излучения на,пластину;

Р- угол преломления, 50

sing =- — sin а, по п1 где по — показатель преломления входной. среды (воэдух); п1 — показатель преломления выходной среды (материал пластины), Поляризатор работает следующим образом.

Излучение падает под углом а на плоскопараллельную пластину 1 поляризатора, установленную под углом Брюстера к оптической оси. При прохождении излучения через пластину 1 с нанесенным на обе рабочие грани ее диэлектрическим двухслойным покрытием (слои 4 и 5) происходит пространственное перераспределение энергии падающего излучения по составляющим вектора поляризации. При этом в поляризации основного луча 7, идущего вдоль оптической оси, преобладает Р-компоненты, а в поляризации лучей 8-К вЂ” S-компонента.

Аналогичное распределение энергии излучения происходит на пластинах 2 и 3, которые установлены с воздушными промежутками параллельно первой. Так, при угле падения a=- 69 и спектральном коэффициенте отражения ps = 64 и рр0,2 для покрытия (ps ирр-спектральные коэффициенты отражения для S- u P-компонент соответственно) центральный луч 7, описываемый пропусканием S- u P-компонент, после прохождения пластины 1 характеризуется следующими параметрами:

Аз = 13, Лр = 99,6, где i4 и i4 — спектральные коэффициенты пропускания для Sи P-компонент соответственно. После прохождения пластины 2; As = 1,7 u

Ар = 99,2, а после прохождения пластины

3: Яэ = 0,2 и Лр = 98,5, т.е. степень поляризации Рт для луча 7 после прохождения пластины 3 составляет 99,5 . Выходная диафрагма 6, установленная по направлению распространения луча после пластины

1-3, пропускает далее луч 7, состоящий в основном из излучения Р-компоненты вектора поляризации и отсекает все остальные лучи 8 — К.

Пример, Разработан поляризатор для спектральной области 700 — 900 нм со световым диаметром 4 мм, Материалом для изготовления трех плоскопараллельных пластин служит кварцевое стекло КВ, Толщина каждой пластины 7,5 мм. На обе поверхности пластин электронно-лучевым методом в вакууме наносят двухслойное диэлектрическое интерференционное покрытие (а

=69 ). При этом первый слой, нанесенный наподложку, выполнен из фторида магния

MgFz (n=1,38) и имеет оптическую толщину

0,31 4р, а второй слой — из диоксида циркония ЕгОг (n 2,0) толщиной 0,25 Яср .

В табл. 1 приведены результаты расчета спектральных характеристик наносимого покрытия, выполненные на ЭВМ СМ 1420.

Напыление покрытия на одну сторону всех трех пластин производят в одном про1714554 цессе. Спектральные коэффициенты реального покрытия согласуются с расчетными.

Характеризующие покрытие средние спектральные коэффициенты отражения

pscp и рРср для S- и Р-компонент для различных углов падения излучения приведены в табл. 2, При сборке поляризатора пластины устанавливают под углом Брюстера, который для данной системы, согласно расчету, составляет 690, с воздушным зазором толщиной 2,5 мм. Диаметр выходной диафрагмы 4 мм, Поляризатор обладает следующими характеристиками: степень поляризации для Р-компоненты 99,5 ; коэффициент пропускания для Р-компоненты 98,8 ; рабочий спектральный диапазон не менее 0,25 Ë p, где Qp =(Л1 +Лг)/2, Л1 иiLz

-граничные длины волн рабочего спектрального диапазона 700-900 нм.

В табл. 3 приведена зависимость средних коэффициентов пропуска ния

kcp u ilscp для Р- и S-компонент вектора поляризации от числа пластин в поляризаторе для углов падения 67-71 .

В табл. 4 приведена зависимость степени поляризации излучения, прошедшего через поляризатор, от числа пластин в нем для углов падения 67-71О, Из табл. 3 и 4 видно, что увеличение количества пластин в поляризаторе свыше трех нецелесообразно, поскольку изменеwe степени поляризации при этом незначительно, однако существенно усложняется конструкция поляризатора и увеличиваются его габариты.

Таким образом, предлагаемый поляри5 затор обладает; спектральным диапазоном не менее

0,25 Яср (0,01 М,р у прототипа); высоким (A8 ) коэффициентом пропускания системы для P-компоненты поляри10 зации (88 у прототипа); высокой (-99@ степенью поляризации прошедшего излучения {;967; у прототипа), что позволит эффективно использовать его в оптико-электронном приборостроении, в

15 частности в перестраиввемых лазерных системах.

Формула изобретения

Поляризатор, содержащий плоскопа20 раллельную стеклянную пластину с интерференционным диэлектрическим покрытием, нанесенным на одну из ее рабочих граней, расположенную под углом Брюстьра к оптической оси, отличающий25 с я тем, что, с целью расширения рабочего спектрального диапазона при сохранении высокой степени поляризации и коэффици-. енте пропускания, в него дополнительно введены еще две оптически связанные пло30 скопараллельные пластины, расположенные параллельно перврй с воздушными зазорами между ними, и выходная диаграмма, причем диэлектрическое покрытие выполнено двухслойным и нанесено на обе

35 рабочие грани каждой из плоскопараллельных пластин.

Таблица 1

1714554

Продолжение табл. 1 аблица

Таблица (Ьг. 2

Составитель В,Семенов

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор M.Шароши

Редактор T.Èâàíoâà

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 692 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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