Интерференционный светофильтр с перестраиваемой полосой пропускания
Владельцы патента RU 2399935:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ГОУ ВПО "СГГА") (RU)
Изобретение может быть использовано, например, для спектрального анализа и монохроматизации света. Интерференционный светофильтр содержит резонатор Фабри-Перо в виде двух пластин с зеркальными покрытиями, закрепленных с зазором между собой на держателях механизма перемещения пластин. Между зеркальным покрытием и пластиной расположена компенсационная прослойка, толщина которой изменяется по закону, обеспечивающему эквидистантное расположение зеркальных покрытий относительно друг друга. Технический результат - упрощение конструкции за счет исключения юстировочного приспособления и облегчение его изготовления за счет упрощения требований к плоскостности пластин и исключения процесса юстировки. 1 ил.
Изобретение относится к оптике, к оптическим устройствам, основанным на использовании явлений интерференции световых потоков, например, резонаторов Фабри-Перо, применяемых в научных исследованиях и технике для спектрального анализа и монохроматизации света.
Аналогом изобретения являются широко известный интерференционный светофильтр [1], который состоит из двух параллельных частично прозрачных зеркал с заключенным между ними тонким диэлектрическим слоем. Излучение, проходящее через фильтр, испытывает многократные отражения между зеркальными поверхностями, при каждом отражении частично выходя наружу. На выходе системы образуется бесконечная последовательность убывающих по амплитуде лучей с равной разностью хода между ними, которые интерферируют между собой; спектр пропускания таких светофильтров содержит несколько узких линий.
Недостатком такого светофильтра является невозможность перестройки частоты пропускания.
В качестве прототипа выбран известный тип диспергирующих элементов спектральных оптических приборов - сканирующий интерферометр Фабри-Перо [1]. Основной частью прототипа являются два частично отражающих зеркала, параллельных друг другу. Зеркала могут быть нанесены на смежные поверхности двух параллельных стеклянных пластин, расстояние между которыми можно изменять специальным механизмом.
Недостатки прототипа: сложность конструкции, что вызвано высокими требованиями к допустимой неплоскостности зазора между пластинами - порядка сотых - десятых долей длины волны излучения; выполнение этого условия требует включения в устройство юстировочного механизма, а также значительного удорожания процесса изготовления пластин и усложнения наладки устройства после его изготовления в связи с необходимостью проведения процесса юстировки с контролем взаимного расположения пластин.
Решение задачи достигается тем, что в интерференционный светофильтр с перестраиваемой полосой пропускания, содержащий интерферометр Фабри-Перо в виде двух пластин с зеркальными покрытиями, закрепленных с плоским зазором между собой на держателях механизма перемещения пластин, согласно изобретению предлагается между зеркальным покрытием и пластиной расположить компенсационную прослойку, толщина которой изменяется по закону, обеспечивающему эквидистантное расположение зеркальных покрытий относительно друг друга.
Новым в предложенном устройстве управляемого светофильтра является то, что между зеркальным покрытием и пластиной расположена компенсационная прослойка, толщина которой изменяется по закону, обеспечивающему эквидистантное расположение зеркальных слоев упомянутого резонатора.
Предложение расположить в резонаторе между зеркальным покрытием и пластиной компенсационную прослойку, толщина которой изменяется по закону, обеспечивающему эквидистантное расположение зеркальных слоев резонатора, то есть компенсирующую своей толщиной возможные локальные неровности поверхностей пластин, позволяет получить практически совершенно плоский зазор между зеркальными покрытиями резонатора даже в случае применения пластин с неровностями их поверхностей. Если упомянутая прослойка помещается на свое место после того, как пластины закрепляются в механизме их перемещения, обеспечивающего функцию изменения зазора между зеркальными покрытиями и тем перестройку резонатора, то отпадает необходимость юстировки расположения пластин.
Таким образом, упрощается конструкция управляемого светофильтра, так как отпадает необходимость в юстировочном приспособлении, облегчается изготовление светофильтра за счет упрощения требований к плоскостности пластин, являющихся подложками зеркальных слоев, и за счет исключения процесса юстировки.
На чертеже показано схематически предлагаемое устройство в сечении. Здесь 1 и 2 - прозрачные пластины, 3 и 4 - зеркальные покрытия пластин, 5 - компенсирующая прослойка, 6 - воздушный зазор между зеркальными покрытиями; зеркальные покрытия и зазор образуют собой резонатор Фабри-Перо. Пластины 1 и 2 закреплены на держателях 7 и 8 механизма перемещения пластин.
Стрелкой показано направление перемещения верхней на чертеже пластины 2. Пластина 2 крепится к держателю клеевым соединением 9.
Устройство обеспечивает эквидистантность зазора 6 между зеркальными покрытиями 3 и 4 за счет того, что компенсирующая прокладка 5 имеет толщину большую там, где на поверхности пластины 2 имеются углубления, и меньшую там, где выступы; в результате величина зазора оказывается везде одинаковой. При перемещении пластины, что необходимо при перестройке резонатора, механизм перемещения должен поддерживать строго поступательное движении пластины.
Изготовление устройства может быть следующим.
На пластину 1 с зеркальным покрытием наносят жертвенный слой, равный по толщине необходимому зазору резонатора, например, методом напыления в вакууме; толщина слоя получается строго одинаковой по всей его полезной площади. Поверх жертвенного слоя наносят зеркальное покрытие 4, затем слой безусадочного клея; накладывают пластину 2 и полученную сборку помещают на держатели механизма перемещения, смазанные таким же клеем. После затвердевания клея жертвенный слой удаляют, например, растворением в подходящем растворителе.
При изготовлении устройства применяются обычные для оптических производств материалы: стекло для пластин, алюминий для металлизации, оптические клеи.
Таким образом, подтверждается возможность решения поставленной задачи: упростить конструкцию устройства перестраиваемого светофильтра и облегчить его изготовление.
Изобретение может быть применено в оптотехнике, например , в монохроматорах оптического излучения, в спектрометрах, и др. Преимуществом устройства перед известными является его компактность - он может быть выполнен в габаритах чипа микросхемы.
Источники информации
1. Скоков И.В. Многолучевые интерферометры в измерительной технике. - М.: Машиностроение, 1989.
Интерференционный светофильтр с перестраиваемой полосой пропускания, содержащий резонатор Фабри-Перо в виде двух пластин с зеркальными покрытиями, закрепленных с зазором между собой на держателях механизма перемещения пластин, отличающийся тем, что между зеркальным покрытием и пластиной расположена компенсационная прослойка, толщина которой изменяется по закону, обеспечивающему эквидистантное расположение зеркальных покрытий относительно друг друга.
