УСТРОЙСТВО РАЗДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛН

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.
о
о
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=π/0,684ρ, где ρ - 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.
о
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 ψ=35° к плоскости (100) кристалла, имеющего изотропную точку λ. Оптическая ось пластинки 3 ориентирована параллельно направлению поляризации одного из поляризаторов 1, 2. Пластинка 3 установлена с возможностью разворота на угол α=31° вокруг оптической оси 4 кристалла в направлении часовой стрелки в правой системе координат, совпадающей с его кристаллографическими осями, из положения (α-0°), при котором пластинка 3 параллельна поляризаторам 1, 2. Толщина d пластинки 3 определяется из соотношения
о
о
где ρ - величина удельного вращения плоскости поляризации излучения с длиной волны λ, в кристаллографическом направлении [100].
Работа устройства заключается в следующем.
Излучение, падающее нормально на поверхность устройства (α=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 λ - длина волны излучения;
о
о
ψ - угол между кристаллографической осью [100] и направлением луча света в плоскости (001), а толщина d пластинки 3 - выражением (1), на длине волны λ обеспечивается поворот плоскости поляризации на угол π/2, т.е. после прохождения этой пластинки плоскость поляризации излучения с длиной волны λ 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 ψ к плоскости (100), в зависимости от угла падения α излучения на поверхность устройства описывается выражением
1
где α- угол в плоскости (001) между направлением, определяемым углом ψ и направлением распространения излучения;
1
Δn(λ,0,0) - величина линейного двулучепреломления кристалла в направлении [100] при нормальном падении излучения на кристалл, т.е. при α=0 и α=0;
n
1
δ(λ,0,0)- величина циркулярного двулучепреломления кристалла при ψ=0 и α=0.
1
При этом угол α определяет направление распространения излучения внутри кристалла. Он выражается через соответствующий угол α падения излучения на устройство как
о
о
где n(λ) - показатель преломления кристалла на длине волны λ.
о
Из соотношения (3) так же как и из выражений (1) и (2) следует, что пропускание системы 1-3-2 на длине волны λ равно
о
0,5
В то же время для излучения с длинами волн, отличными от λ, возникает линейное двулучепреломление кристалла, которое приводит к резкому уменьшению пропускной системы 1-3-2 в спектральной области вне изотропной точки. Полуширина Δλ выделяемого системой 1-3-2 спектрального контура, т.е. селективность устройства равна
о
где  - скорость изменения двулучепреломления Δn при прохождении через λ-λ. Она в 2,92 раза превышает селективность устройства, совпадающего с прототипом.
о
При повороте пластинки 3 на угол α=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 λ будет равно
,
1
2
Анализ спектральной характеристики устройства показывает, что при этом система 1-3-2 выделяет излучение с длинами волн λ и λ, 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.
0,5
Полуширина Δλ 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.
2
о
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 ψ=35° к плоскости (100) из монокристалла тиогаллата серебра AgGaS. 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 λсоставляет . При повороте кристаллической пластинки или всего устройства на угол α=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 .