Поляризатор — SU 1721571 (original) (raw)
(5 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТ и им. А.В,Шубиэованный све ибо-.овыхонолас гра- ераной й п 1 кризмы, оноГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к элементамляризационно-оптических систем и прров, а именно к поляризаторам светпучков. Поляризатор выполнен в виде мпризмы из двупреломляющего кристалвходной и выходной поляризованныминями, образующими угол В, и третьей нбочей зачерненной или полировангранью. При этом одна из главных осеэллипсоида показателей преломлениясталла параллельна ребрам монопривторая п 2 лежит в главном сечении мпризмы и ориентирована под углом агой ( - ) к ее входной грани,2 дг. Привеп 2денц соотношения, связывающие п 1 и п 2 и обеспечивающие устранение световых потерь на отражение на выходной грани моно- призмы. В целях полного выведения из поляризатора паразитного поляризованного пучка без потерь на отражение от полированной нерабочей грани монопризмы в нее введена дополнительная шлифованная нерабочая грань, которая расположена между выходной и полированной нерабочей гранями и образует угол ф с выходной гранью и прямой угол с полированной нерабочей гранью. Последняя ориентирована под уг 1 лом а 1 =агссд ( - ) к ребрам монопризмы,п 1 Приведено соотношение для вычисления ф. В целях расширения рабочего диапазона длин световых волн в ИК-область спектра до 20 - 40 мкм и повышения лучевой стойкости монопризма может быть выполнена из одноосного кристалла галогенида ртути, В поляризатор могут быть введены два плоских зеркала, установленных за выходной гранью моноприэмц и ориентированных перпендикулярно ее главному сечению и под углом д друг к другу, причем первое зеркало параллельно оптической оси поля-Б ризатора, а центр второго лежит на ней. Приведена зависимость для вычисления д. Такое выполнение обеспечивает соосность входящего и выходящего пучков. Параллельность этих пучков может быть обеспечена путем введения в поляризатор второй монопризмц, идентичной первой и установленной центрально симметрично относительно нее с воздушным зазором, Кроме того, соосности указанных пучков можно добиться благодаря введению в поляризатор второй монопризмы, идентичной первой и установленной зеркально симметрично от носительно нее, а также плоского зеркала, в установленного между монопризмами и ориентированного параллельно их ребрам и перпендикулярно плоскости их симметрии, Приведено соотношение для определения угла между обращенными одна к другой гранями монопризмы. 5 з.п. ф-лы, 6 ил, 1721571Изобретение относится к оптическим элементам поляризационно-оптических систем и приборов, в частности к поляризаторам световых пучков.Аналогом изобретения можно считать обычную призму ГланаЩ,а прототипом ее модификацию с наклонной к оси светового пучка под углом Брюстера входной гранью (2),Призма Глана представляет собой единый блок, собранный из двух идентичных кристаллических трехгранных призм с двумя поляризованными гранями с малым воздушным зазором между соседними полированными гранями, Призмы жестко соединены в антипараллельном их относительном положении путем приклеивания с двух сторон на их торцы пластинок.Вторая из двух трехгранных призм играет пассивную роль, т,е. служит для обеспече 10 15 ния соосности падающего и выходящего из 20 призмы Глана поляризованного пучка и может быть выполнена из стекла с соответствующим показателем преломления.Недостатком аналога являются френелевские световые потери на отражение поляризованного пучка при нормальном его падении на входную и выходную грани обычной призмы Глана,Недостатками как аналога, так и прототипа, являются френелевские световые потери на отражение поляризованного пучка при его преломлении на соседних наклонных гранях трехгранных призм при угле паЗО ную нерабочую грань входной трехгранной призмы при использовании призмы Глана для поляризации мощных лазерных пучков. Кроме того, недостатком призм Глана, 40 выполняемых обычно из кристалла оптического кальцита (СаСОз), является ограничение его светопропускания в ИК-областиспектра предельной длиной волны 2 мк.Цель изобретения - устранение световых потерь наотражение на выходной грани монопризмы,Указанная цель достигается тем, что основной поляризованный пучок преломляется под углом Брюстера не только на входной, но также и на выходной рабочих гранях трехгранной моноприэмы, использованием в качестве материала призмы не любого двупреломляещего кристалла, а такого, два показателя преломления которого удовлетворяют определенному соотношению между ними.Выведение из монопризмы паразитного поляризованного пучка без потерь на отражение достигается тем, что 50 55 дения, отличающемся от угла Брюстера дляэтого пучка, а также нагреваниеи даже егорание черной краски, покрывающей шлифованполяризованная нерабочая выходная грань монопризмы выполнена не параллельно ребру между рабочими полированными гранями, а наклонно под углом Брюстра для полностью отраженного от ее выходной грани паразитного поляризованного пучка и, кроме этого, ориентирована перпендикулярно плоскости, образуемой направлением распространения этого пучка в призме и направлением его колебаний и являющейся плоскостью его падения на эту грань,Расширение спектрального диапазона светопропускания в ИК-область достигается выполнением предлагаемых поляризационных монопризм из кристаллов галогенидов ртути, обладающих светопропусканием в ИК-области спектра до 20-40 мк и большой лучевой стойкостью к мощному лазерному излучению с мощностью е 600 Втсм .На Фиг. 1 показана поляризационная трехгранная монопризма АОО, отклоняющая и поляризующая световой пучок, где о - обыкновенный луч; е - необыкновенный луч; о + е - падающий неполяризованный луч; АО - входная грань призмы; ОО - выходная грань призмы; АО - нерабочая шлифованная и зачерненная грань призмы, поглощающая падающий на нее пучок необыкновенных лучей (пунктир): И = уо = 90- ао - угол падения луча о + е на грань АВ, равный углу Брюстера для о-луча; д - угол между преломленными на грани АВ о и е лучами в монопризме; р- угол отклонения о луча от падающего о + е луча у - диаметр светового пучка; 2 - направление оптической оси кристалла, параллельное ребрам призмы; на фиг. 2 - поляризационная четырехгранная моноприэма АООК с наклонной выходной гранью АВНК для е луча, Обозначения аналогичны фиг. 1,. кроме того ф= 90 + 2 ао - агсз 1 п ( - з 1 п ао ) - угол междупоЙевыходной Об и нерабочей шлифованной гранью 6 К; р=90-4 ао+ агсз 1 п( - з 1 п ао ). пе - угол между входной гранью АО и направлением полностью отраженного от выходной грани 06 необыкновенного е луча; е = агсщпе - угол Брюстера для е луча; на фиг.3 - три примера выполнения поляризованных монопризм АОО и АООК из кристалла каломели Н 92 С 2 для излучения лазеров с длинами волн А,6328 нк, 1,06 ик и 10,6 ик с таблицей вычисленных их параметров; на фиг, 4- соосный поляризатор светового пучка, состоящий из одной поляризационной монопризмы АОО (или АООК) и двух зеркал с углом между ними Ь= 90 - 2 а о: на фиг. 5- поляризатор с параллельным смещением выходящего пучка о относительно падающего о+ е из двух идентичных поляризационных монопризм АОО (или АООК) и АО 6 (или А О О К с малым воздушным зазором 5 с центросимметричным их относительным расположением (С - центр симметрии); на фиг, 6 - соосный поляризатор из двух идентичных поляризованных монопризм АОО (АООК) и АО 6 (АО 6 К) с зеркально 10 симметричным их относительным расположением с плоскостью симметрии зз и с одним зеркалом,Для расчета параметров поляризованных монопризмвведены дополнительно 15 следующие обозначения:11 =)Ф - угол падения неполяризованного луча на входную грань;110 = аО И 11 е - УГЛЫ ПрЕЛОМЛЕНИя На1входной (1) грани АО обыкновенного о и 20 необыкновенного е лучей;2 ао - угол между входной АО и выходной ОО гранями монопризмы;12 о и 12 е - Углы паДениЯ о и е лУчей на выходную (2) грань монопризмы; 2512 е = 12 е - угол полного отражения е луча отвь одной грани(2) О 6;120 =)О и 2 е - угол преломления о и е лучей на выходной грани(2) ОО;йопе - показатели преломлений о и е 30 лучей в кристалле.Из расчета хода лучей в кристаллической монопризме (фиг. 1) следуют соотношения между показателями преломления по - обыкновенного о и йе - необыкновенного 35 е-лучей в кристаллейейо,=йеминвыражающие необходимое и достаточное условие преломления обыкновенного о луча на входной АО и выходной ОС гранях под углом Брюстера 11 = уО = 90 оао = агс 1 дйо и 45 одновременно условие полного внутреннего отражения на выходной грани ОО необыкновенного (паразитного) е луча, который при падении на третью шлифованную и зачерненную грань АО поглощается, Поэтому 50 такую монопризму рационально использовать для поляризации световых пучков слабой и умеренной мощности,Для поляризации же световых пучков большой мощности предлагается соответст вующая монопризмг (фиг. 2), позволяющая вывести из нее полностью пучок необыкновенных лучей е без потерь на отражение через соответствующую полированную наклонную к оси призмы под углом Брюстера уе 90 - ае агс 1 дйе для этого луча выходную грань РВ Н К.При изготовлении поляризационных монопризм(фиг. 1 и 2) иэ кристаллов галогенидов ртути: каломели - НдгС 12, НдгВО, НдгВгг,Н 92,12, НдгГ 2 с большими показателями преломления и уникально большим двупреломлением пейо, Ьп = йе - йо - 0,66, а также обладающими большой стойкостьюг к мощным лазерным пучкам 600 Вт/см и широкой спектральной областью светопропускания, включающей видимую и ИК-область до 20 - 40 мк, можно показать на примере каломели с показателями преломления для Ъ 0,643 нк, по = 1,962, пе = 2,621, Ьй = 0,659, что кристаллы галогенидов ртути являются подходящим материалом, т,е. неравенства (1) удовлетворяются как для кало- мелийе = 6,87) пемин = 3,545;г 2йе = 2,621 йемин = 1,883;так и для кристаллов Н 92 Вгг, Ндг 12, НдгЕ 2,В качестве трех примеров выполнения монопризм из кристалла каломели НдгС 12 (фиг, 1 и 2) для трех длин волн излучения разных лазеров рассчитаны их параметры, приведенные на фиг. 3, Для установления пригодности конкретного двуосного кристалла необходимо проверить выполнение неравенств (1) для каждой пары; из трех его ПОКаэатЕЛЕй ПРЕЛОМЛЕНИЯ й 1 = йой 2 = йпйэ = Пр И В ПЕРВУЮ ОЧЕРЕДЬ ДЛЯ П 1 = йо Пе И йз = йрйо, при которых соответственно производится следующая замена величин в вышеприведенных формулах (1) для одноосного кристаллайей 1 = йд, йо йе = йрае а 1 = ац, аО-а=ар, (2) а главная ось йз эллипсоида показателей преломления двуосного кристалла должна быть ориентирована параллельно плоскости главного сечения монопризмы и параллельно биссекторной плоскости двугранного угла, образованного входной и выходной гранями монопризмы. Так как изобретение охватывает возможность использования не только одноосных, но и двуосных кристаллов в качестве материала поляризационных моно- призм.Формула изобретения1,Поляризатор, выполненный в виде монопрамыиздвупреломляющвгокристалласвхаднойи выходной полированными гранями, образующими угол О и третьей нерабочей зачерненной или полированной гранью, причем одна из главных осей п 1 зллипсоида показателей преломления кристалла параллельна ребрам монопризмы,а вторая й 2 лежит в главном сечении монопризмы и ориентирована под углом (аг = агс щ ( - ) к ее входной грани, о т л и 1п 2чающийсятем,что, с целью устранениясветовых потерь на отражение на выходнойграни монопризмы, она выполнена из кристалла, показатели преломления которогоп 1 и пг удовлетворяют неравенствам п 1 в 2,и , а угол 4 п(п+ 1)10 между входной и выходной гранями моно- призмы равен д=2 а.2, Поляризаторпоп.1, отличающий с я тем, что, с целью полного выведения из него паразитного поляризованного 15 пучка без потерь на отражение от полированной нерабочей грани моно- призмы, в нее введена дополнительная шлифовальная нерабочая грань, которая расположена между выходной и повюрован ной нерабочей гранями и образует угол ф=9 О - 2 аг - агсз 1 п ( - з 1 паг)с выход- Ф Й 2п 1 .ной гранью и прямой угол с полированной нерабочей гранью, а последняя ориентиро вана под углом а 1 = агам( - ) к ребрам1п 1 монопризмы.3, Поляризатор попп,1 и 2, отлича ю щ и й с я тем, что, с целью расширения 30 рабочего диапазона длин световых волн в инфракрасную область спектра до 20-40 мкм и повыеения лучевой стойкости к мощному лазерному излучению, монопризма выполнена из Одноосного кристалла галоге нида ртути: Н 92 Сг, Н 92 Вгг, Н 92 г или Н 92 Гг при п 1 пе и п 2 = по Где по .пе обыкновенный и необыкновенный показатели преломления кристалла соответственно.4, Поляризатор по пп. 1 - 3, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью обеспечения соосности входящего и выходящего пучков, в него дополнительно введены два плоских зеркала, .установленные за выходной гранью монопризмы и ориентированные перпендикулярно ее главному сечению и под углом д= 90-2 аг(90 -2 ао) друг к друу причем первое зеркало параллельно оптической оси поляризатора, а центр второго лежит на ней.5. Поляризатор по пп. 1-3, о т л и ч а ю- щ и й с я тем, что, с целью обеспечения параллельности входящего и выходящего пучков, в него введена вторая монопризма, идентичная первой и установленная центрально симметрично относительно нее с воздуаным зазором,6, Поляризатор по пп. 1-3, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью обеспечения соосности входящего пучков, в него введена вторая монопризма, идентичная первой и установленная зеркально симметрично относительно нее, а также плоское зеркало, установленное между монопризмами по ходу излучения и ориентированное параллельно их ребрам и перпендикулярно плоскости их симметрии, причем угол между обращенными друг к другу гранями монопризмы равен 180-баг(180 -6 ао),, 2 еЬ щэгв ФефМРЮ йвевнеша Лфиоирчзл Д ФФэФОФ юсефмМГэйве, м(Ф ф ,Об йайе юфилю и 436 К йсе онучаияСбей Ябле)э фатве.Гагарина, 10 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Уж аказ 95ВНИ Составитель В.Шамб Техред М,Моргентал Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5