Оптический фильтр

 

Союз Советских

Социалистических

Республик («)7I1518

{61) Дополнительное к авт. саид-sy (22) Заявлено 220776 (21) 2389841/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет

О 02 В 5/20

Государствеииый комитет

СССР по делам изобретеиий и открытий

Опубликовано 25,01,80, Б оллетень Ио 3

Дата опубликования описания 260180 (53) УДК 535 ° 345. б (088.8) (72) Автор изобретения

A.A. Кононов (71) Заявитель (54) ОПТИЧЕСКИЙ фИЛ ТР

Изобретение относится к устройствам для фильтрации оптического излучения, и может быть использовано преимущественно для фильтрации диф" фузного света, Известны поглощающие, рассеивающие,поляриэационные и ийтерференциочные оптические фильтры (1j и (2j.

Поглощающие фильтры изготовляют из материалов, которые поглощают падающую энергию в определенных участках оптического спектра, Такие фильтры имеют относительно широкие полосы пропускания, рассеивающие фильтры изготавливаются из оптически прозрачных материалов, которые измельчены и взвешены B прозрачной среде с тем же самым показателем преломления на центральной длине волнй фильтра. на этой длине волны фильтр 2G представляет собой оптически однородную среду,на всех других длинах волн частицы рассеивают излучение. При этом сравнительно узкая полоса пропускания обеспечивается лишь для коллимированного светового потока при значительной толщине фильтра.Поляризационные фильтры выполняются в виде каскадной конструкции из поляризаторов и фаэосдвигающих кристаллических пластин переменной толщины и обеспечивают узкую полосу пропускания для коллимированного и поляризованного светового потока, Самую узкую полосу пропускания при малых углах падения лучей обеспечивают интерференционные фильтры, Наибольшее применение находит многослойный диэлектрический интерференционный фильтр, состоящий из чередующихся слоев материалов с высоким и низким показателями ттреломления, нанесенных на стеклянную подложку, При уве. личении угла падения лучей происходят смещение и расширение полосы пропускания фильтра, а также уменьшение пропускания, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является дисперсный оптический фильтр с волоконными элементами (31, содержащий оптические волокна, помеценные в прозрачную среду, имеющую отличную от волокон дисперсию и одинаковый с волокнами показатель преломления на заданной длине волны.

Волокна собраны в пучок, изогнутый по длине, Лучи, ориентированные вдоль определенной оптической оси, входят через первую торцовую поверх711518

50 ность пучка. При этом лучи заданной длины волны после прохождения данного фильтра, представляющего для них оптически однородную среду, не изменяют своего направления ° Лучи других длин волн испытывают многократные 5 отражения от боковых поверхностей волокон, проходят вдоль всего пучка и проецируются иэ второй торцовой поверхности под некоторым углом к оптической оси. 10

Обеспечение узкополосной фильтра-. ции с помощью данного фильтра определяется воэможностями канализации лучей, для которых боковые поверхности волокон представляют слабые оптические неоднородности, Это накладывает жесткие требования на допУстимый радиус изгиба волокон, что, в свою очередь, приводит к значитель ной толщине фильтра, пропорциональной размерам первой торцовой поверхности ° Другим недостатком прототипа является требование. параллельности падающих лучей для обеспечения узкополосной фильтрации, Это требование не выполняется в ряде практических 25 применений систем оптической связи, локации и навигации, когда информационные сигналы поступают на вход приемника в виде диффузного светового потока. Такая ситуация, например, имеет место во время тумана, дождя, снегопада, в условиях сильной облачности, а также при работе под водой.

В этих условиях применение прототипа, как и других известных узкополостных фильтров, позволяет использовать лишь часть полезного света, заключенную в пределах сравнительно малого телесного угла. В оптическом диапазоне качество приема зависит не только от отношения сигнал/помеха, но и от мощности полезного сигнала на выходе фильтра, то есть применение известных фильтров не позволяет добиться высококачественного приема диффузионных световых потоков, что сущест- 45 венно ограничивает возможности ука-. занных систем.

Белью изобретения является улучшение фильтрации диффузионного света с одибвременным уменьшенйем световых потерь.

Поставленная цель достигается тем, что диспергирующие элементы выполнены в виде оптических волокон, расположфнных перпендикулярйо оси фильтра у и образуют периодическую последова.тельность двумерных структур.

Конструкция фильтра поясняется чертежом. Для лучшего показа конструкции сделан вырез. по двум взаимно перпендикулярным плоскостям, проходя- 6О щим через ось фильтра, Фильтр выполнен в виде периодичес, кой последовательности двумерных решеток оптических волокон, расположенных перпендикулярно оси фильтра и помещенных в прозрачную среду 1. Каждая двумерная решетка, в свою очередь, состоит из двух-идентичных одномерных решеток 2, повернутых на 90 одна огносительно другой вокруг оси фильтра. В качестве примера прозрачной среды l для данного фильтра может быть приведен нитрозо-диметил-анилин. Это вещество хорошо пропускает свет в диапазоне 0,47 +

0,70 мкм, имеет черезвычайно большую дисперсию и плавится при 85 С, В этом случае фильтр может быть изготовлен путем склеивания расплавленным нитрозо-диметил-анилином ориентированных решеток оптических волокон из тяжелого флинта соответствующей марки. Равенство показателей преломления прозрачной среды и оптических волокон любой выбранной длине волны из указанного диапазона может быть обеспечено путем добавления к нитрозо-диметил-анилину веществ, близких к нему по физико-химическим свойствам, в частности по температуре плавления, но с существенно отличным показателем преломления, например органического стекла.

Диффузный поток,.представляющий собой смесь полезного и фонового света, падает на входную поверхность фильтра, Лучи полезного света проходят через фильтр как через однородную плоскопараллельную пластину, испытывая отражения только от входной и выходной поверхностей. Фоновый свет, проходя через фильтр, встречает на своем пути периодические неоднородности в виде решеток оптических волокон. При прохождении фонового света через решетку все лучи, углы падения которых на волокна решетки достаточно велики, испытывают многократные отражения от боковых поверхностей волокон. В результате часть фонового света будет распространяться вдоль волокон к боковым поверхностям фильтра, то есть на следующую решетку волокон будет падать ослабленный фоновый поток. Для фонового света каждое оптическое волокно является цилиндрической линзой. Поэтому решетка волокон не только ответвляет часть проходящего фонового потока, но и формирует в нем лучи, способные распространяться вдоль волокон следующей решетки.Рассмотренный цикл повторяется для каждой последующей решетки вплоть до выхода многократно ослабленного фонового света через выходную поверхность фильтра, При этом, как и полезный свет, фоновый поток несколько ослабляется также за счет отражений от входной и выходной поверхностей фильтра, .Формула изобретения

Оптический фильтр, содержащий диспергирующие элементы, помещенные

711518

Составитель В. Ванторин

М. Вигула

Заказ 9007/34 Тираж 569 Подписное

IIHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113033 Мсскна Ж-33 Ра н3ская наа.

4 5

Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 в оптическую среду, причем дисперсия последней и диспергирующих элементов различна, а показатели преломления одинаковы на заданной длине волны, отличающийся тем, что, с целью улучшения фильтра ции диффузного света с одновре» менным уменьшением световых потерь, диспергирующие элементы выполнены в виде оптических волокон, которые расположены перпендикулярно оси, фильтра и образуют периодическую последовательность двумерных структур.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Пратт В.К. Лазерные системы связи. Связь, М., 1972, с, 616З.

2. Ворисевич Н.А, и др, Инфракраоные фильтры. минск, 1971ж с, 69® 101. 3. Патент США Р 3.244.075, кл, 88-106, 1968 (прототип),