Светоделительное устройство

 

ОПИСАНИЕ 8ИОВЗ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К ЬВТОГСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСтВЬ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.04.79 (21) 2747487/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.03.81. Бюллетень № 9 (45) Дата опубликования описания 07.03.81 (51) М. К .

G 01J 1/04

Государственный комитет (53) УДК 535.242 (088.8) ло делам изобретений н открытий

72) Авторы (54) СВЕТОДЕЛИТЕЛЪНОЕ УСТРОЙСТВО

Предлагаемое изобретение относится к оптике, а именно к делению светового потока на две или более известные части, и может быть использовано для измерения излучения имитаторов солнца, лазеров и других мощных источников света.

Известны светоделительные устройства, используемые в оптических установках и приборах для разделения и измерения потоков излучения (1).

Недостаток устройства — изменение поляризационных свойств падающего излучения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является светоделительное устройство, содержащее оптические элементы, работающие на пропускание и отражение излучения. Это устройство состоит из 3-х светоделительных пластин, установленных таким образом, что падающий свет, поляризованный в плоскости падения первого светоделителя, будет отражаться как свет, поляризованный перпендикулярно плоскости падения второго светоделителя, а падающий свет будет проходить через первый светоделитель как свет, поляризованный перпендикулярно плоскости падения третьего светоделителя. Свет, отраженный от второго светоделителя, имеет вертикальную и горизонтальную составляющие такого же распределения интенсивности как свет, прошедший через третий светоделитель и такое же, как падающий свет (2).

5 Это светоделительное устройство имеет недостатки, заключающиеся в том, что после деления света на первом светоделителе в отраженном канале кроме потока, отраженного от передней поверхности пластины, 10 появляется фоновая засветка за счет потока, отраженного от задней поверхности.

Эта фоновая засветка имеет поляризационные свойства пучка другого состава, чем пучки, прошедшие через пластины два и

15 три. Таким образом, на выходе светоделительного устройства в прошедшем канале имеется один поток, а в отраженном — два, один из которых имеет другие поляризационные свойства. Поэтому такое устройство

20 дает ошибку в делении света.

Цель изобретения — создание светоделительного устройства с сохраненными первоначальными поляризационными свойствами падающего излучения и с постоянным коэффициентом светоделения. Эта цель достигается тем, что в светоделительном устройстве, содержащем оптические элементы, работающие на пропускание и отражение излучения, один пз оптических элементов

30 выполнен в виде многогранной призмы с

811083 одинаковыми углами наклона плоскостей косых сечений, образующих входную и выходную грани и ориентированных так, что плоскости, каждая из которых проходит через нормаль к грани и ось призмы, взаимно перпендикулярны, другой — в виде клина, нормаль к передней поверхности которого расположена в плоскости, перпендикулярной к плоскости, содержащей ось призмы и нормаль к ее входной грани и наклонена к последней под углом, определяемым из соотношения Sin i=п Sin r, где i — угол падения; и — показатель преломления материала призмы; r — угол между осью призмы и нормалью к ее входной грани.

На фиг. 1 представлена схема светоделительного устройства; на фиг. 2 — конструкция призмы; на фиг. 3 — конструкция клина; на фиг. 4 — зависимости величины коэффициента деления света от угла падения пучка на устройство.

Устройство работает следующим образом.

На входную грань призмы 1 падает параллельный поток излучения Фо под углом

i, в нашем случае i=30 . Этот поток на схеме обозначен лучом, который делится на два, один из которых Фь преломляясь под углом r, проходит через призму, и, выходя, образует первый канал, другой Ф, отражаясь от входной грани под углом i, попадает на клин 2, после отражения от передней поверхности которого под тем ze углом образует второй канал. Входная и выходная грани призмы изготовлены с одинаковыми углами наклона плоскостей косых сечений, ориентированных так, что плоскости, каждая из которых проходит через нормаль к грани N и ось призмы 0 взаимно перпендикулярны, т. е. плоскость падения излучения (плоскость, содержащая пучок и нормаль к поверхности) на входную грань перпендикуляра плоскости падения излучения на выходную грань призмы. Это означает, что поток Фь прошедший через призму, сохраняет поляризационные свойства падающего излучения.

Кроме того, исключить фоновые засветки удалось следующим образом. Конструкция призмы (см. фиг. 2) выполнена так, что поток распространяется вдоль оси призмы, а, отражаясь от выходной грани, фоновый поток Фз, падает на боковые зачерненные стенки и полностью поглощается на них.

Все поверхности клина (см. фиг. 3), кроме передней, также зачернены, поэтому фоновый поток Ф4 поглощается внутри. Чернение нерабочих поверхностей производится черным покрытием с коэффициентом преломления п, близким к коэффициенту преломления плавленного кварца.

Дополнительный элемент выполнен в виде клина, нормаль к передней поверхности которого расположена в плоскости, перпендикулярной к плоскости, содержащей ось

65 призмы и нормаль к ее входной грани, и наклонена к последней под углом i, синус которо;G равен

Sini = nSinr, где rL — показатель преломления материала; г — угол между ос: ю призмы п нормалью к ее выхо,1ной грани (из чертежа видно, что этот угол равен углу преломления) .

Из чертежа также ви но, что плоскость падения излучения на клин перпендикулярна плоскости падения излучения на входную грань призмы. Во втором канале поток Ф, отраженный от передней поверхности клина, также сохраняет поляризационные свойства падающего излучения. Размеры призмы определялись, исходя из светового диаметра пучка D,„è угла i, под которым падает пучок. Например, при i=30 высота призмы Н со скосами равна

Н=2D а ширина с/=1,3D„. Величина коэффициента деления света К зависит от угла падения пучка на устройство, а ошибка определения этого коэффициента ЛК— от расходимости. На фиг. 4 представлены зависимости величины К и ЛК от угла падения при расходимости пучка 1 . Из графика видно, что при расходимости пучка +-Г, падающего под углом 45 на светоделительное устройство из плавленного кварца, ошибка определения ЛК достигает

12 /о, а при малых углах падения она уменьшается, но увеличивается высота призмы. Это обстоятельство может сделать светоделительное устройство неконструктивным. По конструктивным соображениям наиболее удобно расположить светоделительные элементы под углом 45 к падающим лучам, однако с целью уменьшения ошибки ЛК элементы расположены под углом 30 к падающим лучам. Например, при расходимости лучей +-1 и i=30 ошибка

ЛК составляет 3 /, (см. фиг. 4). Коэффициент деления света предлагаемого устройства с учетом поглощения в толщине материала, например в толщине 10 см плавленного кварца, поглощается 0,01 света, равен

1 2 f и где р и т — энергетические коэффициенты отражения и пропускания света с колебаниями электрического вектора напряженности., перпендикулярными к плоскости падения; рп и п — то же, но лежащими в плоскости падения.

Из формулы (2) следует, что для предлагаемого устройства К=840, а ЯК=25 (при расходимости пучка +-1 ). Если расходимость лучей мала, например при ла811083 зерном излучении, то ЛК ничтожно мала и ее учитывать практически не следует.

Предл."".гаемос двухкан",.ëüíoå светоделительное устройство сохраняет первоначальные поляризационные свойства падающего излучения при постоянном коэффициенте светоделения, олагодаря оптимальному расположению границ раздела входных И выходных поверхностей основного и дополнительного элементов, а также их конструктивному исполнению. С другой стороны предлагаемое светоделительное устройство свободно от фоновых засветок других поляризационпых свойств, отличных от падающего излучения.

Формула изобретения

Светоделительное устройство, содержащее оптические элементы, работающие на пропускание и отражение излучения, о т л ич а ю щ ее с я тем, что, с целью сохранения первоначальных поляризационных свойств падающего излучения и получения постоянного коэффициента светоделения, один из оптических элементов выполнен в Виде многогранной призмы с одинаковыми углами наклона плоскостей косых сечений, образующих входную и выходную грани и ориен5 тированных так, что плоскости, каждая из которых проходит через нормаль к грани и ось призмы, взаимно перпендикуляры, а другой — в виде клина, нормаль к передней поверхности которого расположена в плоi0 скости, перпендикулярной к плоскости, в которой расположена ось призмы и нормаль к ее входной грани, наклоненная к последней под углом, определяемым из соотношения Sin i=n Sin r, )5 где i — угол падения; п — показатель преломления материала призмы;

r — угол между осью призмы и нормалью к ее входной грани.

20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 459683, кл. G 01J 1/00, 1975.

2. Патент США № 3.463.575, кл. 350 — 172, 25 1969 (прототип) .

811083

/Poli

8ао

700

Корректор О, Тюрина

Редактор С. Титова

Заказ 359/2 Изд. № 185 Тираж 915 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4 5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель В. Шеломов

Техред О. Павлова

ДК% !