Уголковый отражатель (варианты)

Использование: В локационной технике в качестве отражающего элемента в спутниковой лазерной дальнометрии для точного определения координат навигационных и геодезических спутников. Существо: Уголковый отражатель выполнен, например, из кварца в виде призмы 1 с гранями 2, 3, 4, 5 в форме треугольника, при этом на грани призмы нанесено отражающее покрытие. В первом варианте конструкции отражающее покрытие нанесено на поверхность боковых граней 2, 3, 4 в виде одного диэлектрического интерференционного слоя 6, выполненного из материала с показателем преломления большим, чем показатель преломления оптического материала уголкового отражателя, например, из окисла циркония с толщиной слоя h₁=0,055-0,065 мкм, с обеспечением диаграммы направленности отраженного излучения в виде центрального лепестка и нескольких побочных лепестков. Во втором варианте отражающее покрытие нанесено на поверхность боковых граней в виде двух диэлектрических интерференционных слоев 6 и 7, при этом первый слой 6, прилегающий к призме, выполнен из материала с показателем преломления большим, чем показатель преломления оптического материала уголкового отражателя, например, из окисла циркония с толщиной слоя h₁=0,068-0,072 мкм, а второй слой 7 выполнен из окисла кремния с толщиной h ₂=0,098-0,099 мкм, с обеспечением диаграммы направленности отраженного излучения в виде шести периферийных лепестков. В третьем варианте отражающее покрытие нанесено на поверхность боковых граней в виде трех диэлектрических интерференционных слоев 6, 7, 8, при этом первый слой 6, прилегающий к призме, выполнен из материала с показателем преломления большим, чем показатель преломления оптического материала уголкового отражателя, например, из окисла циркония с толщиной слоя h₁=0,365-0,375 мкм, второй слой 7 выполнен из окисла кремния с толщиной h ₂=0,50-0,51 мкм, а третий слой 8 выполнен из окисла циркония с толщиной слоя h₃=0,365-0,375 мкм, с обеспечением диаграммы направленности отраженного излучения в виде одного центрального лепестка. 3 н.п.ф.п.м., 7 ил.

Полезная модель относится к локационной технике и может быть использована в качестве отражающего элемента в спутниковой лазерной дальнометрии для точного определения координат навигационных и геодезических спутников.

Известен уголковый отражатель [1], выполненный в виде тетраэдра с тремя металлизированными отражающими гранями, в котором два двугранных угла равны тт/2, а третий - тт/2(S+1), где s 1, 2, 3, 4. Длины его ребер R1, R2, R3 выбраны из соотношения R1:R2:R3=а:а:1.

Известен также призменный уголковый отражатель [2], выполненный в виде трехгранной пирамиды, двугранные углы между боковыми отражающими гранями которой также равны тт/2, тт/2 и тт/2(S+1), где S - целое положительное число, ребра отражателя выполнены с размерами Р1 и Р2, определяемых из математических соотношений. Показатель преломления материала отражателя также определяется из приведенного соотношения.

Известные уголковые отражатели используются для обеспечения отражения лазерного излучения от различных объектов, в том числе спутников Земли, строго в обратном направлении на передатчик.

Недостатками известных технических решений является то, что за счет аберрации скорости отраженный луч возвращается со смещением, достигающим нескольких угловых секунд, которое зависит от орбиты спутника.

В известных уголковых отражателях [1] и [2]) основная часть энергии приходится на центр пятна и расходуется впустую.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности является уголковый отражатель [3], выполненный, например, из кварца в виде призмы, боковые грани которой выполнены в форме треугольника, при этом на поверхности боковых граней призмы нанесен слой отражающего металлического покрытия, например, из алюминия или серебра, с выполнением условия S_{покр. общ.}<S _{гр. общ.}, где: S_{покр. общ.} - суммарная площадь отражающего покрытия, S_{гр. общ.}, - суммарная площадь боковых граней призмы, причем уголковый отражатель выполнен с обеспечением формирования многолепестковой диаграммы направленности с периферийными пятнами освещенности в ее сечении.

Основным недостатком известного устройства [3] являются потери излучения при отражении от металлической поверхности, которые в зависимости от вида металла и площади покрытия равны от 20% до 40%. Это особенно актуально при расположении уголковых отражателей на Луне, куда возможно доставить лишь ограниченное число отражателей и требуется высокая эффективность отражения. Кроме того, с помощью металлического покрытия боковых граней уголкового отражателя не удается получить диаграмму направленности без центрального лепестка для использования на спутниках ГЛОНАСС.

Технический результат, заключающийся в повышении точности и надежности локации за счет уменьшения потерь излучения и увеличения доли энергии, которая отражается в направлении на лазерный приемник-передатчик, а также в повышении соотношения «сигнал/шум», достигается в первом варианте конструкции уголкового отражателя, выполненном, например, из кварца в виде призмы с гранями в форме треугольника, при этом на грани призмы нанесено отражающее покрытие, тем, что отражающее покрытие нанесено на поверхность боковых граней в виде одного диэлектрического интерференционного слоя, выполненного из материала с показателем преломления большим, чем показатель преломления оптического материала уголкового отражателя, например, из окисла циркония с толщиной слоя h₁=0,055-0,065 мкм, с обеспечением диаграммы направленности отраженного излучения в виде центрального лепестка и нескольких побочных лепестков.

Указанный технический результат достигается во втором варианте конструкции уголкового отражателя, например, из кварца в виде призмы с боковыми гранями в форме треугольника, при этом на грани призмы нанесено отражающее покрытие, тем, что отражающее покрытие нанесено на поверхность боковых граней в виде двух диэлектрических интерференционных слоев, при этом первый слой, прилегающий к призме, выполнен из материала с показателем преломления большим, чем показатель преломления оптического материала уголкового отражателя, например, из окисла циркония с толщиной слоя h₁=0,068-0,072 мкм, а второй слой выполнен из окисла кремния с толщиной h ₂=0,098-0,099 мкм, с обеспечением диаграммы направленности отраженного излучения в виде шести периферийных лепестков.

Технический результат достигается в третьем варианте конструкции уголкового отражателя, выполненном, например, из кварца в виде призмы с боковыми гранями в форме треугольника, при этом на грани призмы нанесено отражающее покрытие, тем, что отражающее покрытие нанесено на поверхность боковых граней в виде трех диэлектрических интерференционных слоев, при этом первый слой, прилегающий к призме, выполнен из материала с показателем преломления большим, чем показатель преломления оптического материала уголкового отражателя, например, из окисла циркония с толщиной слоя h₁=0,365-0,375 мкм, второй слой выполнен из окисла кремния с толщиной h₂=0,50-0,51 мкм, а третий слой выполнен из окисла циркония с толщиной слоя h₃=0,365-0,375 мкм, с обеспечением диаграммы направленности отраженного излучения в виде узкого центрального лепестка.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 показан предлагаемый уголковый отражатель в двух проекциях;

- на фиг.2 показан предлагаемый уголковый отражатель в изометрии;

- фиг.3 поясняет прохождение падающего и отраженного луча в уголковом отражателе;

- на фиг.4 показан поперечный разрез (по А-А) боковой грани уголкового отражателя, выполненного по первому варианту;

- на фиг.5 приведен поперечный разрез (по А-А) боковой грани уголкового отражателя, выполненного по второму варианту;

- на фиг.6 показан поперечный разрез (по А-А) боковой грани уголкового отражателя, выполненного по третьему варианту.

Уголковый отражатель выполнен в виде призмы 1 (фиг.1, 2) с тремя боковыми отражающими гранями 2, 3 и 4 и входной фронтальной гранью 5.

Покрытие нанесено на боковые грани 2, 3 и 4 призмы 1.

В первом варианте конструкции (фиг.2) отражающее покрытие выполнено в виде одного диэлектрического интерференционного слоя 6, выполненного из материала с показателем преломления большим, чем показатель преломления оптического материала уголкового отражателя, например, из окисла циркония с толщиной слоя h₁=0,055-0,065 мкм.

Во втором варианте конструкции (фиг.3) отражающее покрытие выполнено в виде двух диэлектрических интерференционных слоев 6 и 7, при этом первый слой 6, прилегающий к призме, выполнен из материала с показателем преломления большим, чем показатель преломления оптического материала уголкового отражателя, например, из окисла циркония с толщиной слоя h₁=0,068-0,072 мкм, второй слой 7 выполнен из окисла кремния с толщиной h₂=0,098-0,099 мкм.

В третьем варианте конструкции (фиг.4) отражающее покрытие выполнено в виде трех диэлектрических интерференционных слоев 6, 7 и 8, при этом первый слой 6, прилегающий к призме, выполнен из материала с показателем преломления большим, чем показатель преломления оптического материала уголкового отражателя, например, из окисла циркония с толщиной слоя h₁=0,365-0,375 мкм, второй слой 7 выполнен из окисла кремния с толщиной h ₂=0,50-0,51 мкм, а третий слой 8 выполнен из окисла циркония толщиной слоя h₃=0,365-0,375 мкм.

Предлагаемый уголковый отражатель работает следующим образом. Пучок света 9 (фиг.3) входит в отражатель 1 через его фронтальную грань 5. После прохождения через интерференционные слои и полных внутренних отражений от боковых граней 2, 3 и 4 он выходит из отражателя 1 через фронтальную грань 5 в направлении 10, противоположном направлению падения.

Уголковый отражатель с нанесенным на его боковые грани покрытием является радиальным амплитудно-фазовым дифракционным элементом, свойства которого зависят от состояния поляризации падающего излучения. Это обеспечивает для каждого варианта конструкции особый вид диаграммы направленности и позволяет управлять как ее угловой шириной, так и распределением энергии внутри нее.

При этом первый вариант конструкции уголкового отражателя в указанном диапазоне толщины одного интерференционного слоя (установлено экспериментальными исследованиями) обеспечивает формирование диаграммы направленности в виде центрального лепестка и нескольких побочных лепестков малой интенсивности (на чертежах не показано).

Второй вариант конструкции уголкового отражателя в указанных диапазонах толщин двух интерференционных слоев (установлено экспериментом) обеспечивает формирование диаграммы направленности в виде шести периферийных лепестков (на чертежах не показано) на оптимальном угловом расстоянии от оси для использования на спутниках ГЛОНАСС. Для спутников навигационной системы ГЛОНАСС оптимальная форма распределения освещенности имеет вид кольца с угловым расстоянием до оси, примерно равным пяти угловым секундам.

Третий вариант конструкции уголкового отражателя в указанных диапазонах толщин трех интерференционных слоев (установлено экспериментом) обеспечивает формирование диаграммы направленности в виде одного центрального лепестка (на чертежах не показано), что требуется при использовании панели уголковых отражателей для лунных станций.

Сравнение предлагаемых вариантов технического решения с известными техническими решениями показывает, что предлагаемая полезная модель соответствует условию патентоспособности «новизна», а новые, неизвестные ранее конструктивные признаки - нанесение слоев диэлектрического интерференционного покрытия на боковые грани призмы с выполнением заданных толщин слоев обеспечивают получение различных диаграмм направленности, что приводит к повышению точности и надежности локации для различных расстояний до объекта за счет уменьшения потерь излучения и увеличения доли энергии, которая отражается в направлении на лазерный приемник-передатчик, а также к повышению соотношения «сигнал/шум»

Уголковый отражатель выполняется, например, из кварца. Материал покрытия: окислы циркония и кремния. Геометрические размеры: каждая грань представляет собой треугольник со сторонами 24 мм, при этом углы граней срезаны (фиг.1) для удобства крепления.

Источники информации:

1. Патент РФ на изобретение 2020668, М. кл. H01Q 15/18, опублик. 30.09.1994.

2. Патент РФ на изобретение 2101740, МПК H01Q 15/18, опублик. 30.09.1994.

3. Патент РФ на полезную модель 84141 МПК G02B 5/122, опубл. 27.06.2009.

1. Уголковый отражатель, выполненный, например, из кварца в виде призмы с гранями в форме треугольника, при этом на грани призмы нанесено отражающее покрытие, отличающийся тем, что отражающее покрытие нанесено на поверхность боковых граней в виде одного диэлектрического интерференционного слоя, выполненного из материала с показателем преломления большим, чем показатель преломления оптического материала уголкового отражателя, например, из окисла циркония с толщиной слоя h₁=0,055-0,065 мкм, с обеспечением диаграммы направленности отраженного излучения в виде центрального лепестка и нескольких побочных лепестков.

2. Уголковый отражатель, выполненный, например, из кварца в виде призмы с боковыми гранями в форме треугольника, при этом на грани призмы нанесено отражающее покрытие, отличающийся тем, что отражающее покрытие нанесено на поверхность боковых граней в виде двух диэлектрических интерференционных слоев, при этом первый слой, прилегающий к призме, выполнен из материала с показателем преломления большим, чем показатель преломления оптического материала уголкового отражателя, например, из окисла циркония с толщиной слоя h₁=0,068-0,072 мкм, а второй слой выполнен из окисла кремния с толщиной h ₂=0,098-0,099 мкм, с обеспечением диаграммы направленности отраженного излучения в виде шести периферийных лепестков.

3. Уголковый отражатель, выполненный, например, из кварца в виде призмы с боковыми гранями в форме треугольника, при этом на грани призмы нанесено отражающее покрытие, отличающийся тем, что отражающее покрытие нанесено на поверхность боковых граней в виде трех диэлектрических интерференционных слоев, при этом первый слой, прилегающий к призме, выполнен из материала с показателем преломления большим, чем показатель преломления оптического материала уголкового отражателя, например, из окисла циркония с толщиной слоя h₁=0,365-0,375 мкм, второй слой выполнен из окисла кремния с толщиной h₂=0,50-0,51 мкм, а третий слой выполнен из окисла циркония с толщиной слоя h₃=0,365-0,375 мкм, с обеспечением диаграммы направленности отраженного излучения в виде одного центрального лепестка.