Интерференционно-поляризационный фильтр

Интерференционно-поляризационный фильтр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<»995052

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 24.07.81 (21) 3355445/18-10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 07.02.83. Бюллетень №5

Дата опубликования описания 17.02.83 (51) М. Кл. б 02 В 5/30

Гееудврстеенный хемнтет

СССР (53) УДК 535.824..4 (088.8) не делам наееретеннй. и еткрмтий (72) Авторы изобретения

Т. А. Виноградова, В. В. Демидов, С. Б. Цоффт:*-,-"=--..

Б. В. Кузнецов и В. М. Любимовй

1 (71) Заявитель (54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННО-ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЛ ФИЛЬТР

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к технике спектроскопии Солнца, и может быть использовано для комплексного исследования и. прогнозирования солнечной активности в интересах радиосвязи, метеорологии и др.

Известен интерференционно-поляризационный фильтр, содержащий предвари-. тельный спектральный фильтр, выполненный из стекол КС, и десять простых ступеней Лио. Оптическая стопа этого фильтра находится в иммерсии. Полуширина полосы его пропускания составляет 0,05 нм при центрировке на длину волны 656,28 нм. Угловое поле фильтра — 1,5 при условии, что допустимое смещение полосы не превышает

0,1 от полуширины, à его пропускание— порядка 5% 11).

Недостатком этого фильтра является то, что он не управляемый и не широкоугольный.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является интерференционно-поляризационный фильтр, содержащий теплозащитный и интерференционный фильтры, ступень Эванса, включающую два поляризатора и размещенные между. ними три кристаллические пластины, широкоугольные ступени Эванса, каждая из которых включает два поляризатора и размещенные между ними четыре кристаллические пластины и фазовую пластину полволны, а также управляемые широкоугольные ступени Лио, каждая из которых включает два поляризатора и размещенные между ними две основные кристаллические пластины, одну фазовую пластину четвертьволны и одну полволны. Кроме того, этот фильтр включает еще одну ступень Эванса и одну широкоугольную ступень Лио, содержащую два поляризатора и размещенные между ними две кристаллические пластины и фазовую пластину полволны. Оптическая стопа склеена. Полоса пропускания такого фильтра, также как и вышеуказанного, составляет 0,05 нм при центрировке на длину волны 656,28 нм. При этом в фильтре реализована возможность смещения полосы пропускания в пределах +0,1 нм, которое осуществляется вращением внешних поляризаторов и втулки, содержащей две ступени фильтра с наибольшей волновой разностью хода (2).

995052

1О

Недостатком такого фильтра является необходимость вращения его внешних поляризаторов при перестройке полосы пропускания, что не позволяет использовать фильтр для измерения поляризационных эффектов на Солнце. Кроме того, положение полосы пропускания фильтра может смещаться в условиях высокогорья. Причиной смещений полосы пропускания является нарушение оптической стопы фильтра от окружающей среды и дополнительный нагрев фильтра солнечным излучением при большой сходимости пучка.

Цель изобретения — расширение эксплуатационных возможностей фильтра путем обеспечения неподвижности его внешних поляризаторов при перестройке полосы пропускания и уменьшения температурной нестабильности ее положения.

Поставленная цель достигается тем; что в интерференционно-поляризационном фильтре, содержащем теплозащитный и интерференционный фильтры, ступень Эванса, включающую два поляризатора и размещенные между ними три кристаллические пластины, две широкоугольные ступени Эванса, каждая из которых включает два поляризатора и размещенные между ними четыре кристаллические пластины и фазовую пластину полволны, а также управляемые широкоугольные ступени Лио, каждая из которых включает два поляризатора и размещенные между ними две основные кристаллические пластины, одну фазовую пластину четвертьволны и одну полволны, в управляемые широкоугольные ступени Лио дополнительно введено еще по одной фазовой пластине полволны, каждая из которых установлена между входным поляризатором ступени и ее фазовой пластиной четвертьволны с возможностью поворота вокруг оси фильтра, а также по две кристаллические пластины„ одна из которых установлена между фазовой пластиной четвертьволны и одной из основных кристаллических пластин ступени, а другая — между второй основной кристаллической пластиной и выходным поляризатором ступени, причем оптические оси дополнительных кристаллических пластин составляют угол 90 с оптическими осями основных, толщина дополнительных пластин определяется из соотношения

<„=e, Од где 2д и Р, — толщины дополнительных и основных кристаллических пластин соответственно;

Q и6,— термооптические коэффициенты материалов дополйительйых и основных кристаллических пластин, определяющие измейение волновой разности хода на 1 мм толщины при изменении температуры на 1 С, 15

2о

4О

55 а углы поворота введенных фазовых пластин полволны связаны соотношением : 0,66 d: 0,5 о : 0,25ы, где — угол поворота фазовой пластины полволны в ступени с наибольшей волновой разностью хода.

На чертеже представлена оптико-механическая схема предлагаемого фильтра (черточками показана ориентация оптических оСей элементов) .

Фильтр состоит из теплозащитного фильтра 1, интерференционного фильтра 2, после чего идут интерференционно-поляризационные ступени. При этом последовательность ступеней в фильтре может быть произвольной. (В связи с этим очередность описания ступеней соответствует очередности, указанной в формуле изобретения). Первая ступень — ступень Эванса состоит из поляризатора 3, трех кристаллических пластий

4 — 6 и второго поляризатора 7. Вторая ступень, широкоугольная ступень Эванса состоит из поляризатора 7, кристаллических пластин 8 и 9, фазовой пластины 10 полволны, кристаллических пластин 11, 12 и второго поляризатора 13. Третья ступень, широкоугольная ступень Эванса, состоит из поляризатора 13, кристаллических пластин 14 и 15, фазовой пластины 16 полволцы, кристаллических пластин 17 и 18 и второго поляризатора 19. Четвертая ступень, управляемая широкоугольная ступень Лио, состоит из поляризатора 19, поворотной фазовой пластины 20 полволны, фазовой пластины 2! четвертьволны, кристаллической пластины 22, фазовой пластины 23 полволны, кристаллической пластины 24 и второго поляризатора 25. Пятая ступень, управляемая широкоугольная ступень Лио, состоит из поляризатора 25, поворотной фазовой пластины 26 полволны, фазовой пластины 27 четвертьволны, двух кристаллических пластин 28 и 29, фазовой пластины 30 полволны, двух кристаллических пластин 31 и 32 и второго поляризатора 33. Шестая ступень, управляемая широкоугольная ступень Лио, состоит из поляризатора 33, поворотной фазовой пластины 34 полволны, фазовой пластины 35 четвертьволны, двух кристаллических пластин 36 и 37, фазовой пластины 38 полволны, двух кристаллических пластин 39, 40 и второго поляризатора 41. Седьмая ступень (корригирующая), управляемая широкоугольная ступень Лио, состоит из поляризатора 42, поворотной фазовой пластины 43 полволны, фазовой пластины 44 четвертьволны, двух кристаллических пластин 45 и 46, фазовой пластины 47 полволйы, двух кристаллических пластин 48, 49 и второго поляризатора 3.

Привод поворотных пластин 20, 26, 34 и 43 состоит из цилиндрических колес 50, рукоятки 51, шкалы 52, оси 53, цилиндрических колес 54 — 57, паразитных цилиндри995052

45

Номер позиции детали

Ориентация оптической

Толщина, мм

Материал оси, град.

Кварц

То гке

7,017

6,999

7,017

+45 ческих колес 58 — 61, основной оси 62, двухвенцовых цилиндрических колес 63 — 66.

Теплозащитный светофильтр 1 представляет собой пластину из дигидрофосфата аммония {АДР), вырезанного перпендикулярно оптической оси кристалла, толщиной

10 мм и пластины из КС вЂ” 13 толщиной 2 мм.

Ийтерференционный фильтр 2 используется в качестве фильтра предварительной монохроматизации и имеет следующие характеристики: длина волны максимума пропускания 656,28 нм, полуширина полосы пропускания 2 нм, пропусканне Т „= 60 — 70ой, пропускаиие Т- «< 0,1% в йерабочей зоне

+ l 0 нм.

Каждая из фазовых пластин четвертьволны и полволны состоит из двух пластин кристаллического кварца толщиной около

2 мм, ориентированных между собой так, что вносимые ими разности хода вычитаются. Разность толщин пары, образующей пластину в четвертьволны, равна 18,2 мкм, а образующей пластину полволны 36,4 мкм.

В качестве поляризаторов используются пленочные поляроиды. Внутренние поверхности оптических деталей находятся иа иммерсиониам контакте. Оптическая стопа герметизируется. Рабочая температура фильтра 38 - 0,1 С. Материал, толщина и ориентация оптической оси кристаллических и фазовых пластин представлены в табл. 1.

Ориентация поляроидов в фильтре представлена в табл. 2.

Поворотные фазовые пластины полволиы 20, 26, 34 и 43 вклеены в оправы .цилиндрических колес 50. Их вращение осу-, ществляется с помощью насыпных подшипников через редуктор рукояткой 51, соединенной со шкалой 52. Шкала 52 служит для отсчета перемещения полосы пропускания фильтра по спектральному диапазону. Ноль шкалы 52 соответствует центрировке полосы пропускания на длину волны 656,28 нм.

Передаточные отношения i, i2, i, 1 между осью 53 редуктора и цилиндрическими колесами 50 с поворотными фазовыми пластинами полволны 43, 20, 26 и 34 равны соответственно 2:3, 1:4, 1:2 и l:1.

Перестройка полосы пропускания предлагаемого фильтра осуществляется следующим образом.

&

Вращение от рукоятки — шкалы 51 и 52 передается на ось 53, на которой закреплены четыре цилиндрических колеса 54 — 57.

Далее через паразитные цилиндрические колеса 58 — 61 вращение передается на основную ось 62, на которой свободно вращают- ся четыре двухвенцовых цилиНдрических колеса 63 — 66, сопрягающихся с цилиндрическими колесами — оправами 50 фазовых пластин. При этом последние будут одновременно разворачиваться на разные углы в соответствии с вышеуказанными передаточными соотношениями. Крайние положения шкалы 52 соответствуют развороту пластин 43, 20, 26 и 34 на углы а, равные

+- 60, - 22,30; 45 и 90 соответственно.

В результате такого разворота полоса пропускайия фильтра будет перемещаться на

+- 0,1 нм от нулевого положения.

Введение в предлагаемый фильтр дополнительных поворотных фазовых пластин 20, 26, 34 и 43 полволны обеспечивает возможность измерений поляризациоииых эффектов на Солнце, так как входной 42 и выходной 41 поляризаторы фильтра в этом случае остаются неподвижными при перестройке полосы пропускания.

В то же время введение дополнительных кристаллических пластин 28, 32, 45 и 49 из дигидрофосфата калия и кристаллических пластин 36 и 40 из дигидрофосфата аммония в управляемые широкоугольные ступени

Лио на порядок уменьшает температурную нестабильность положения полосы пропускания фильтра, так как температурные изменения волновой разности хода в основных кальцитовых пластинах компенсирукггся температурными изменениями волновой разности хода в дополнительных пластинах из дигидрофосфата калия и дигидрофосфата аммония. Это позволяет строго центрировать полосу пропускаиия фильтра на задайную длйну волны. В случае необходимости решения только одной из двух указанных задач, оиа может быть решена путем введения в фильтр только одной соответствующей группы дополнительных элементов.

Таким образом, использование изобретения позволяет расширить эксплуатационные возможности иитерференционно-поляризационного фильтра.

Табл и ца 1

995052

Продолжение табл.1

Номер позиции детали

Толщина, мм

Материал оси,град, 0,893

13,998

0,0364

+45

13,998

12

0,893

+45

1,767

1,440

0,0364

1,440

+45

18

1,767

22

- 23

Кальцит

Кварц

+45

-45

Кварц

Кальцит

35

+45

12,226

Каль цит

Кварц

Кальцит

0,0364

12,226

+45

Кальцит

Кварц

Кальцит

Кварц

Кварц

Кальцит

Кварц

Дигидрофосфат калия

Кальцит

Дигидрофосфат калия

Кварц

Дигидрофосфат аммония

0,0182

2,880

0,0364

2,880

0,0182

7,015

7,422

0,0364

7,422

7,015

0,0182

2,742

Ориентация оптической

995052

Продолжение табл.1.

Ориентация оптической

Номер позиции детали

Толщина, мм

Материал оси, град.

Дигидрофосфат аммония

2, 742

44

0,0182

Кварц

9,353

Дигидрофосфат калия

9,896

Кальцит

Кварц

Кальцит

0,0364

9,896

9,353

Дигидрофосфат калия

-45

Табл и ца 2

Номер позиции детали

Ориентация плоскости поляризации, град.

90

25

- 0

90. Формула изобретения

Интерференционно-поляризациониый фильтр, содержащий теплозащитный и интерференциоииый фильтры, ступень Эванса, включающую два поляризатора и размещенные между ними три кристаллические пластины, широкоугольные ступени Эванса, 1 каждая из которых включает два поляризатора и размещенные между ними четыре кристаллические пластины и фазовую плас-. тину полволны; а также управляемые широкоугольные ступени Лио, каждая из которых включает два поляризйтора и размещенные между ними две основные кристаллические пластины, одну фазовую пластину четвертьволны и одну полволны, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей фильтра путем обеспечения неподвижности его внешних поляризаторов при перестройке полосы пропускания и уменьшения температурной нестабильности ее положения, в управляемые

4в широкоугольные ступени Лио дополнитель.но введено еще по одной фазовой пластине полволны, каждая из которых установлена между входным поляризатором ступени и ее фазовой пластиной четвертьволиы с возможностью поворота вокруг оси фильтра, а так45 же по две кристаллические пластииы, Одна из которых установлена между фазовой пластиной четвертьволны и одной из основных кристаллических пластин ступени, а другая — между второй основной кристаллической пластиной и выходным поляризатором ступени, причем оптические оси дополнительных кристаллических пластин составляют угол 90 с оптическими осями основных, толщина дополнительных пластин определяется из соотношения

S5 а =е ф, G. где а, о — толщины дополнительных и основных кристаллических пластин;

995052

1г

D" АУФФ

Составитель В. Кравченко

Рсдак".ор А 01а дор Техред И. Верес Корректор М. Коста

Заказ 642/ З2 Tiiраж 509 Подписное

ВНИИГ1И Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж -З5, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПГ1П «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Q Q — термооптические коэффициенты

Дя о материалов дополнительных и основных кристаллических пластин, определяющие изменение волновой разности хода на мм толщины при изменении температуры на 1 С, а углы поворота введенных фазовых пластин полволны связаны соотношением

a: Оббс : 0,5d: 0,25с(, где д — — угол поворота фазовой пластины полволны в ступени с наибольшей волновой разностью хода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Скоморовский В. И. и Иоффе С. Б.

Монвхроматические фильтры для наблюдений Солнца. — «Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца».

Вып. 52, 1980, с. 134 — 135.

2. Там же, с. 135 (прототип).