Устройство разделения оптических волн

Полезная модель относится к оптическим приборам и позволяет расширить функциональные возможности путем выделения либо одной, либо двух длин волн. Устройство содержит расположенную между скрещенными поляризаторами 1 и 2 плоскопараллельную пластинку 3, вырезанную из кристалла симметрии 42 m углом 35° к плоскости (100). Пластинка 3 установлена с возможностью разворота на угол 31° вокруг оптической оси 4 кристалла в направлении часовой стрелки в правой системе координат, совпадающей с его кристаллографическими осями. После прохождения пластинки 3 плоскость поляризации излучения, падающего нормально на поверхность устройства, будет параллельной направлению поляризации поляризатора. Ил.3.

Полезная модель относится к оптическим линиям связи и может быть использована в приборах, предназначенных для монохроматизации падающего излучения, селекции света определенной длины волн, космических системах связи, в устройствах контроля чистоты окружающей среды и в других областях.

Известен Оптический фильтр, патент Франции 2336692, кл. G02В 5/30, опубликован в 1977 году.

Он содержит два скрещенных поляризатора и расположенную между ними плоскопараллельную пластину, установленную параллельно поляризаторам и вырезанную из двулучепреломляющего гиротропного кристалла с изотропной точкой параллельно его оптической оси, которая в свою очередь ориентирована параллельно направлению поляризации одного из поляризаторов.

Недостатком прототипа является то, что он не может быть использован для выделения длин волн.

Цель полезной модели - расширение функциональных возможностей путем выделения либо одной, либо двух длин волн.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее два скрещенных поляризатора и расположенную между ними плоскопараллельную пластинку, установленную параллельно поляризаторам и вырезанную из двулучепреломляющего гиротропного кристалла с изотропной точкой параллельно его оптической оси, которая в свою очередь ориентирована параллельно направлению поляризации одного из поляризаторов, при этом плоскопараллельная пластинка вырезана из кристалла симметрии m под углом 35° к плоскости (100) и установлена с возможностью разворота на угол 31° вокруг оптической оси кристалла в направлении часовой стрелки в правой системе координат, совпадающей с его кристаллографическими осями, причем толщина d пластинки определяется из соотношения d=/0,684_о, где _о - величина удельного вращения плоскости поляризации излучения с длиной волны изотропной точки кристалла в кристаллографическом направлении [100].

На Фиг.1 представлена схема устройства разделения оптических волн (в дальнейшем устройство);

на Фиг.2 и 3 - спектры его пропускания при двух различных положениях кристаллической пластинки.

Устройство состоит из двух скрещенных поляризаторов 1, 2 и расположенной между ними плоскопараллельной пластинки 3, вырезанной из двулучепреломляющего гиротропного кристалла симметрии 42 m параллельно его оптической оси и под углом =35° к плоскости (100) кристалла, имеющего изотропную точку _о. Оптическая ось пластинки 3 ориентирована параллельно направлению поляризации одного из поляризаторов 1, 2. Пластинка 3 установлена с возможностью разворота на угол =31° вокруг оптической оси 4 кристалла в направлении часовой стрелки в правой системе координат, совпадающей с его кристаллографическими осями, из положения (-0°), при котором пластинка 3 параллельна поляризаторам 1, 2. Толщина d пластинки 3 определяется из соотношения

где _о - величина удельного вращения плоскости поляризации излучения с длиной волны _о, в кристаллографическом направлении [100].

Работа устройства заключается в следующем.

Излучение, падающее нормально на поверхность устройства (=0°), проходит через поляризатор 1. После его прохождения оно становится поляризованным параллельно направлению поляризации этого элемента. Поскольку угловая зависимость величины удельного вращения в плоскости (001) кристалла симметрия 42 m описывается выражением

где - длина волны излучения;

- угол между кристаллографической осью [100] и направлением луча света в плоскости (001), а толщина d пластинки 3 - выражением (1), на длине волны _о обеспечивается поворот плоскости поляризации на угол /2, т.е. после прохождения этой пластинки плоскость поляризации излучения с длиной волны _о окажется параллельной направлению поляризатора 2. Поэтому излучение этой длины волны будет пропущено элементом 2.

Изменение величины пропускания фильтра, построенного на кристалле, вырезанном под некоторым углом к плоскости (100), в зависимости от угла падения излучения на поверхность устройства описывается выражением

где ¹- угол в плоскости (001) между направлением, определяемым углом и направлением распространения излучения;

n(,0,0) - величина линейного двулучепреломления кристалла в направлении [100] при нормальном падении излучения на кристалл, т.е. при =0 и ¹=0;

_n(,0,0)- величина циркулярного двулучепреломления кристалла при =0 и ¹=0.

При этом угол ¹ определяет направление распространения излучения внутри кристалла. Он выражается через соответствующий угол падения излучения на устройство как

где n(_о) - показатель преломления кристалла на длине волны _о.

Из соотношения (3) так же как и из выражений (1) и (2) следует, что пропускание системы 1-3-2 на длине волны _о равно

В то же время для излучения с длинами волн, отличными от _о, возникает линейное двулучепреломление кристалла, которое приводит к резкому уменьшению пропускной системы 1-3-2 в спектральной области вне изотропной точки. Полуширина _0,5 выделяемого системой 1-3-2 спектрального контура, т.е. селективность устройства равна

где - скорость изменения двулучепреломления n при прохождении через -_о. Она в 2,92 раза превышает селективность устройства, совпадающего с прототипом.

При повороте пластинки 3 на угол =31° вокруг оптической оси 4 кристалла в направлении движения часовой стрелки в правой системе координат, связанной с осями кристалла, пропускание системы 1-3-2 на длине волны _о будет равно

,

Анализ спектральной характеристики устройства показывает, что при этом система 1-3-2 выделяет излучение с длинами волн ₁ и ₂, спектральное положение которых определяется выражением

,

Поляризаторы 1 и 2 при этом могут находиться либо в прежнем положении, либо быть повернутыми на угол 31° в том же направлении, что и пластинка 3.

Полуширина _0,5 каждой из двух выделяемых линий на выходе поляризатора 2 равна

Выражение (7) определяет селективность устройства, которая в 3,26 раза превышает селективность устройства, совпадающего с прототипом.

Рассмотрим пример. Итак, устройство разделения оптических волн, состоящее из двух скрещенных поляризаторов и расположенной между ними плоскопараллельной кристаллической пластинки, вырезанной параллельно оптической оси под углом =35° к плоскости (100) из монокристалла тиогаллата серебра AgGaS₂. Тиогаллат серебра - одноосный гиротропный кристалл симметрии 42 m характеризующийся следующими параметрами: , . Толщина кристаллической пластинки составляет d=0,504 мм. Указанное устройство выделяет при нормальном падении излучения на поверхность кристаллической пластинки спектральную линию локализованную на длине волны Полуширина выделяемой линии или селективность устройства на _о составляет . При повороте кристаллической пластинки или всего устройства на угол =31° вокруг оптической оси кристалла в направлении, совпадающем с направлением движения часовой стрелки в правой системе координат, связанной с осями кристалла, устройство выделяет две спектральные линии, локализованные на длинах волн и . Полуширина каждой линии или селективность устройства по каждой из линий, согласно (7), составляет .

Устройство разделения оптических волн, содержащее два скрещенных поляризатора и расположенную между ними плоскопараллельную пластинку, установленную параллельно поляризаторам и вырезанную из двулучепреломляющего гиротропного кристалла с изотропной точкой параллельно его оптической оси, которая в свою очередь ориентирована параллельно направлению поляризации одного из поляризаторов, отличающееся тем, что плоскопараллельная пластинка вырезана из кристалла симметрии m под углом 35° к плоскости (100) и установлена с возможностью разворота на угол 31° вокруг оптической оси кристалла в направлении часовой стрелки в правой системе координат, совпадающей с его кристаллографическими осями, причем толщина d пластинки определяется из соотношения

где _o - величина удельного вращения плоскости поляризации излучения с длиной волны изотропной точки кристалла в кристаллографическом направлении [100].