Фильтр для инфракрасного диапазонаволн

 

<1>683598

Союз Севетсник

Сециайистическик

Республик о п и тгя-е

ИЗОБРЕТЕННАЯ

К АВТОРСКОМУ СВМДЕТИДЬСТВУ

* Ф., 1 - б=-=

«« (61) Дополнительное к esr. свид-ву (22) Заявлено 1602.78 (21) 2580439/18-10 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет (51)М. Кл.

G 02 В 5/20

Государствеивый комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.0181. Бюллетень N9 4

I ,Дата опубликования описания 30.0181 (531 УДК 535. 345 °

6 (088, 8) (22) Авторы иэоб ретеиия

A. П. Приши валко, E. К. Науменко и Н. И. Дудо

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики AH Белорусской CCP

{21) Заявитель (54) ФИЛЪТР ДЛЯ ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА

ДЛИН ВОЛН

Изобретение относится к области оптики, в частности к оптическим элементам, которые могут быть использованы для монохроматизации излуче-, ния в инфракрасном диапазоне длин волн. .Известен инфракрасный фильтр, состоящий из подложки с многослойными диэлектрическими покрытиями с различными коэффициентами преломления t1J.

Недостатком его является- отсутствие подходящих диэлектрических материалов для длин волн А > 40 мкм, большая технологическая сложность .изготовления (для больших длин волн необходимо огромное количество слоев в таком фильтре, более 100) и наличие вторичитях полос пропускаиия.

Известен также фильтр, представляющий собой включение непрозрачных материалов в пропускающую подложку (2), Такой фильтр только лишь отрезает коротковолновое излучение.

Наиболее близким к предлагаемому является рассеивающий дисперсионьый фильтр, состоящий иэ связующей, среды с помещенными в нее однородными частицами 31. Фильтрующее действие их основано на явлениях дисперсии и светорассеяния.

В этом фильтре максимум пропускания соответствует длине волны, при которой показатели преломления среды и частиц совйадают,что соответствует точке пересечения дисперсных кривых., В

Изготовление фильтров с различными полосами пропускания осуществляют несколькими способами:

1) использованием в качестве компонент фильтра различных пар.веществ, например частиц кварца в среде из бромистого калия, частиц окиси алюминия в среде из хлористого натрия, частиц окиси магния в воздухе и т. д.;

2) в фильтрах кристалл - жидкость изменением показателя преломления среды путем разбавления другой жидкостью, 3) использованием в качестве компонент фильтра смешанных кристаллов, выращивание которых только при выполнении условия Гольдшмидта, что существенно ограничивает возможности получения веществ с новыми оптическими свойствами.

Однако известные фильтры из-за orI раниченного числа материалов дают лишь дискретный набор полос пропускания и не обеспечивают монохроматиэа683598 цию излучения проиэнольной длины вол-ны в ИК диапазоне спектра.

Цель изобретения — рас зирение спектрального диапазона монохроматизируемого излучения и выделение спектральных полос пропусканчя с любой заданной длиной волны.

3ro достигается тем, что частицы, входящие в состав. фильтра, выполнены в ниде агломераторон, состоящих иэ микроиеоднородноатей, достаточно малых по сравнению с длиной волны,. 1® показатели преломления которых имеют различныв значения. . Влиянием внутренней микроструктуры частиц игломератон на и" .оптические свой тва можно пренебречь, вс- 1у ли размеры микронеоднородностей зна. чительно меньше длины волны (33 6 0,030,05iE). Это положение под:нерждается результатами исследования рассеивающих свойств двухслойных частиц и а частиц с радиально н:. .. ющимса показателем преломления. Оптические свойства такой кваэиоднородной частицы можно описать эффективным показателем преломления, усредненным по объему частицы

Б {А)" 291hl(А)/ ауд (4) ..г показатели преломления нецеста, образующих частицы. гломе ра ты, ЗО .{ -,А,,ею-.; отдельных компонент.

Заменяя ob!,e!i»oe содериание от дельных неч, -,тв весовым, получаем 1 (;,) =-...;,"--и, (;д ". д

1

Р— нес T -ой компоненты нещест1

r. водящего н состав частиц — агломератов, удельный нес (-oA компоненты э,Щ

Максимум полосы пропускания предлагаемого фильтра имеет место при длине волны, для которой эффективный по::аз,- .ель преломления частиц — агломератов равен показа.:елю преломления окружающей среды Иср

h(A) =h Р, Положительный эффект предлагаемого щ устройства состоит н том, что соот.ветствующий выбор веществ и использование частиц агломератов дает воэможность создать дисперсионные фильтры с плавно изменяющейся длинной волны спектральной полосы пропускания практичзски на любом участке спектра, в том числе и в случае, когда невозможно подобрать пары веществ с пересекакхцимися кривыми дисперсии. (вещность изобретения поясняется 59 примером описания работы фильтра, образованного. частицами - агломератами, в состав которых входит два вещества с разли--чными кривыми дисперсии: окись магния и кристаллический кварц. 65

Показатель преломления двухкомпонентной частицы — агломерата (Е» "1 (Я 2{ ) (g)

Я2

Р, Р— относительные весовые концентрации ОО и SI0> соответственно.

Относительные концентрации отдельных компонент, необходимые для образования фильтра с максимумом пропускания на длине волны Ло, определяются иэ условия

6(p,) =и, { .,), т. в.

Р cp{Ap) — и (лo) р, " (Л ""с (Ао) Р

Известно, что комбинация нецестн

5)О и KBr не дает фнльтрующвго эффекта н области А r 2 мкм, так как кривые дисперсии этих двух веществ не пересекаются. Окись магния в среде из KBr дават полосу пропускания при Лс = 7,27 мкм. В области

4,08 < А 4,73 мкм нет нн одной пары веществ, иэ которых можно создать дисперсионный фильтр. Пользуясь соотношением (5), определяет относительныв весовые концентрации ИОО и SI0« необхсдимые для образования фильтров для нескольких д„: : н".лн "казанного интервала, напоиме ;,,:, =,3, 4,55 и 4,77 мкм. Поз.учаем соответственно

0! 465 0,511; 6 55 (Pg - P ) °

Спектральное .пропускание плоскопараллельного слоя, состоящего иэ рас- . сеинающих частиц с комплексным показателем преломления м Ц) = 6(Л)-i Ж (Л)у без учета отражения от поверхности слоя, определяется выражением: ти --ехг(- с„ 1-.е р(-и(Я "

Рд 1<(R,Æ,Э,А))

Pa) в1й (И толщина слоя, C доля объема частИц в единице объема слоя, Р— весовая концентрация частиц, «(йф,д1)-коэффициент ослабления излучения отдельной частицей;

D — диаметр частиц - агломераторов.

Аналогично можно показать, что для создания фильтров с плавно изменяю-. щейся частотой пропускания в широком спектральном диапазоне достаточно взять только два нещества в различных пропорциях нместо того, чтобы . отыскивать новые .с различными криними дисперсии. Например, частицы

5)Од в среде иэ KCI дают полосу пропускания при Ло= 4,16 мкм, а частицы из

ИоО " KGI Ао= 8,15 мкм.

Для изготовления фильтров в диапазоне длин. волн 4,16<А < 8,15 мкм требуется очень широкий круг веществ683598

Формула,. изобретения

Составитель В. Ванторин

Редактор Т. Колодцвва Техред М. Рейвес.

КоррвкторН. Badsнвц

Заказ 10729/76 Тираж 550

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

СаСО5, И1 0, Ва504, йаС1, Й и др < всего свыше десяти.

В то же время предлагаемые фильтры, состоящие иэ частиц - агломератов с различным относительным содержанием только двух веществHgO и 5 tO, обеспечат монохромати-. эацию излучения любой длины волны из укаэанного выше, спектрального дна" паэона.

Использование предлагаемого фильтра по сравнению с известным позвоasez расширить диапазон монохроматиэкруемого излучения, обеспечить монохроматиэацию.излучения с любой заданвой длиной волны в максимуме пропуакания, в том числе и на спектральных участках,. где невозможно подобрать пары веществ с пересекающимися кривыми дисперсии.

Фыльтр для инфракрасного диапа- на длин волн, состоящий иэ связующей среды с помещенными в нее частицами, отличающийся тем, что, с целью расширения спектрального диапазона монохроматиэируемого излучения и выделения спектральных полос пропускакия с заданной длиной волны Л, частицы выполнены в виде агломератов, составляющие компонен-. ты которых имеют размеры 3 + 0,030,05Л при этом показатели преломле-. ния их не равны между собой и отличны от показателя преломления среды.

Источкики информации, принятые во внимание при экспертизе

1. С. Смит и др. Обзор соврвмвн ного .уровня развития инфракрасных фильтров, Сб. "Инфракрасные фильтры в космических исследованиях". M., "Мир, 1977.

2 ° Applied Optics, 5, 403, 1966.

3. Борисевич Н. A. к др. Йнфракрасные фильтры, Минск,"Наука и техника", 1971, с. 163-166, (прототип).