close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY8027

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 8027
(13) C1
(19)
(46) 2006.04.30
(12)
7
(51) G 02B 5/122
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
УГОЛКОВЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ ПОЛНОГО ВНУТРЕННЕГО
ОТРАЖЕНИЯ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОКРЫТИЕМ РАБОЧИХ
ГРАНЕЙ
BY 8027 C1 2006.04.30
(21) Номер заявки: a 20030751
(22) 2003.07.21
(43) 2005.03.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт технологии
металлов Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Ламекин Петр Иванович;
Дементьев Виталий Александрович
(BY)
(73) Патентообладатель: Государственное научное учреждение "Институт технологии металлов Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(56) Корнеев В.И. Призменный уголковый
отражатель с диэлектрическими покрытиями // Оптико-механическая промышленность. - 1985. - № 12. - С. 6-8.
BY 3313 C1, 2000.
RU 2101740 C1, 1998.
SU 1659947 A1, 1991.
SU 1589241 A1, 1990.
JP 61172409 A, 1986.
(57)
Уголковый отражатель полного внутреннего отражения с диэлектрическим покрытием рабочих граней, отличающийся тем, что покрытие выполнено однослойным, в виде
пленки, толщину которой определяют из соотношения


r012 ⊥ − r012 ||
λ
B
k
d=
+ kπ  ,
− arctg + (−1) arcsin
A
2
A 2 + B2

4π n 2 − n '2 
3
где λ - длина волны;
n - показатель преломления пленки;
n' - показатель преломления отражателя;
Фиг. 1
BY 8027 C1 2006.04.30
2
2
A = r01|| (1 − r01
) sin ϕ12|| − r01⊥ (1 − r01
) sin ϕ12⊥ ,
B=
⊥
||
2
r01|| (1 − r01
⊥
2
) cos ϕ12|| − r01⊥ (1 − r01
||
) cos ϕ12 ⊥ ,
k = 2, 4, 6...;
r01||
2
3
2
3 2
n − n 2 − n '2
n − n ' n 2 − n '2
3
3
,
, r01⊥ = 3
= 3
3
3 2
2 2 2
2 2 2
n + n − n'
n + n' n − n'
3
3
3
3
ϕ12||
2 2
2 2
n ' −1
n ' −1
3
3
, ϕ12 ⊥ = −2arctg
= −2arctg
.
2 2 2
2 2 2
n − n'
n − n'
3
3
n2
Изобретение относится к элементной базе инструментальной оптики и может быть
использовано в качестве отражателей в лазерной, интерференционной и светодальномерной технике.
Известен уголковый отражатель (триппель-призма, ретроотражатель) в форме прямого
трехгранного угла, отражение на рабочих гранях которого основано на явлении полного
внутреннего отражения [1] и характеризующийся высоким коэффициентом отражения.
Недостатком такого отражателя является высокая фазовая неоднородность выходящих
из него шести парциальных волн, образующих отраженную волну. Вследствие этого расходимость дифрагировавшей на выходном зрачке отражателя волны в два раза больше,
чем волны, дифрагировавшей на простой апертуре - обыкновенном отверстии таких же
размеров и формы, что и выходной зрачок отражателя. Картина дифракции на отражателях полного внутреннего отражения в дальней зоне представляет собой центральное ядро,
окруженное шестью боковыми ядрами примерно равной интенсивности [2, 3]. Отмеченный недостаток ограничивает возможности применения отражателей полного внутреннего
отражения в инструментальной оптике.
Известен также уголковый отражатель с металлизированными рабочими гранями [4].
Металлизация рабочих граней снижает вносимую отражателем фазовую неоднородность в
отраженную волну и, как следствие, приводит к существенному подавлению боковых ядер
картин дифракции. Дифракционная расходимость отраженной металлизированным отражателем волны примерно в два раза ниже, чем у отражателя на полном внутреннем отражении.
Однако металлизированный отражатель характеризуется по отношению к отражателю
полного внутреннего отражения более низким коэффициентом отражения, обусловленным частичным поглощением излучения покрытием рабочих граней.
Из известных наиболее близким по технической сущности является уголковый отражатель полного внутреннего отражения с диэлектрическим покрытием рабочих граней [5].
Принципиальная возможность уменьшения дифракционной расходимости волны, отраженной отражателем полного внутреннего отражения, продемонстрирована путем нанесения на каждую рабочую грань отражателя трехслойного диэлектрического покрытия с
оптическими толщинами λ/4, где λ - длина волны. Для достижения близких к идеальным
дифракционных характеристик отражателя (как у соответствующих простых апертур)
требуется нанесение 14-15 диэлектрических слоев оптической толщины λ/4.
2
BY 8027 C1 2006.04.30
Недостаток такого отражателя заключается в многослойности наносимой диэлектрической структуры, усложняющей процесс изготовления и контроль ее параметров. Кроме
того, предложенные структуры не являются оптимальными и не обеспечивают минимально достижимую дифракционную расходимость отраженной волны.
Технической задачей, которую решает данное изобретение, является упрощение процесса изготовления уголковых отражателей полного внутреннего отражения с дифракционными свойствами обычных апертур.
Это достигается тем, что в известном уголковом отражателе полного внутреннего отражения с диэлектрическим покрытием рабочих граней покрытие выполнено в виде
пленки, толщину которой определяют соотношением


r012 ⊥ − r012 ||
B
λ
k
d=
+ kπ ,
− arctg + (−1) arcsin
(1)
A
2
A 2 + B2

4π n 2 − n ' 2 
3
где λ - длина волны, n - показатель преломления пленки, n' - показатель преломления отражателя, k = 2,4,6...,
A = r01 || (1 − r012 ⊥ ) sin ϕ12 − r01⊥ (1 − r012 ) sin ϕ12 ⊥ ,
||
||
B = r01 (1 − r012 ⊥ ) cos ϕ12 || − r01⊥ (1 − r012 || ) cos ϕ12 ⊥ ,
||
r01||
3 2
2
n − n' n 2 − n' 2
3
= 3
,
3 2
2 '2
2
n + n' n − n
3
3
r01⊥
2
3
n − n2 − n' 2
3
= 3
,
3
2 2 '2
n+ n − n
3
3
2 '2
2 '2
n −1
n −1
3
ϕ 12 || = −2arctg
,
ϕ 12 ⊥ = −2arctg 3
.
2 '2
2
2
n − n
n2 − n' 2
3
3
Изобретение основано на следующем. Фазовая неоднородность, вносимая уголковым
отражателем полного внутреннего отражения в отраженную волну, увеличивает ее дифракционную расходимость по сравнению со случаем дифракции на простой апертуре.
Величиной этой неоднородности, зависящей от конструктивных параметров отражателя,
можно целенаправленно управлять и, следовательно, изменять дифракционную расходимость отраженной волны требуемым образом. Структура диэлектрического покрытия,
обеспечивающая максимальное значение интенсивности в центре картины дифракции,
определена из решения соответствующей оптимизационной задачи. Установлено, что для
минимизации дифракционной расходимости волны достаточно нанести на рабочие грани
отражателя однослойное оптимизированное диэлектрическое покрытие, параметры которого определяются в соответствии с соотношением (1). На фиг. 1 и фиг. 2 соответственно
I ' ( u , v)
в картинах дифракпредставлены нормированные распределения интенсивности
I'(0,0)
ции на отражателе полного внутреннего отражения, изготовленного из стекла с показателем преломления n' = 1,5, и отражателе полного внутреннего отражения с однослойным
d
= 0,1618 ), параметры которого
оптимизированным покрытием (n' = 1,5, n = 2,5, k = 2,
λ
определены в соответствии с формулой (1). Картины дифракции рассчитаны для случая
освещения отражателя неполяризованной волной нормально его фронтальной грани. На
фиг. 1 и фиг. 2 u и v - безразмерные декартовы координаты в плоскости картины дифрак-
n2
3
BY 8027 C1 2006.04.30
ции, I' (u, v) – распределение интенсивности в картине дифракции на отражателе, I'(0,0) интенсивность в центре картины дифракции на простой апертуре, идентичной по форме
выходному зрачку отражателя, S - число Штреля отражателя.
На фиг. 3 и фиг. 4 соответственно представлены картины дифракции линейно поляризованной волны на уголковом отражателе полного внутреннего отражения до и после оптимизации, зарегистрированные в фокальной плоскости автоколлимационной установки с
помощью цифровой ПЗС-камеры.
Как следует из расчетных данных, представленных на фиг. 2, у отражателя с оптимизированным диэлектрическим покрытием число Штреля S ≅ 1, т.е. по своим дифракционным свойствам такой отражатель практически идентичен простой апертуре.
Предложенным способом оптимизирован уголковый отражатель полного внутреннего
отражения, изготовленный из оптического стекла ЛК4. Величина отклонений двугранных
углов между рабочими гранями отражателя от 90° не превышала 0,4''. Расчет толщины покрытия на основе оксида титана (n = 2,5648) выполнен в соответствии с соотношением (1)
для длины волны λ = 0,63 мкм при k = 2. Диэлектрическая пленка толщиной d = 0,099 мкм
на рабочие грани отражателя наносилась методом высокочастотного распыления.
Сравнение картин дифракции на фиг. 3 и фиг. 4 демонстрирует существенное уменьшение дифракционной расходимости волны, отраженной оптимизированным отражателем, и хорошее качественное соответствие с расчетными данными, представленными на
фиг. 1 и фиг. 2. По своим дифракционным свойствам оптимизированный отражатель
практически идентичен соответствующей простой апертуре.
Таким образом, низкая дифракционная расходимость волны, отраженной предлагаемым уголковым отражателем, достигается нанесением на его рабочие грани только одной
оптимизированной диэлектрической пленки, что существенно упрощает процесс изготовления отражателей.
Источники информации:
1. Ханох Б.Ю. Оптические отражатели тетраэдрического типа в активных системах. Минск: Изд-во БГУ, 1982. - C. 160.
2. Денисюк Г.В., Корнеев В.И. Письма в ЖТФ. - 1981. - Т.7. - В.10. - С. 635-639.
3. Денисюк Г.В., Корнеев В.И. ОМП. - 1982. - № 9. - С. 1-3.
4. Денисюк Г.В., Корнеев В.И. ОМП. - 1982. - № 12. - С. 1-2.
5. Корнеев В.И. ОМП. - 1985. - № 12. - С. 6-8.
Фиг. 2
4
BY 8027 C1 2006.04.30
Фиг. 3
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
858 Кб
Теги
by8027, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа