Управляемый оптический ослабитель

 

Изобретение относится к средствам управления параметрами оптического излучения и может быть использовано лля калиброванного ослабления оп5 ткчегкого излучения при повьшгении точности установки коэффициента ослабления и одновременном расширении спектрального диапазона. Ослабитель содержит два устяновленных последовательно по ходу излучения отражающих элемента 1 и 2, имеющих по одной френрлевской о ражлюгдей поверхности 3 и 4 соответственно, которые ориентированы взаимно параллельно, а нормали к которым составляют с оптической осью ослабителя рлинь е по величине , но противо11оло; ;ные ПО знаку углы ц . Элементы 1 п 2 установлены в местах излома 7,-оОразной оптической оси ослабителя с возможностью изменения углов (( при сохранении их (С (Л 4 оо ч 00 го 00 12 п

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Г 02 В 5 26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (% В-.

g„:, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ1д

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) УПРАВЛЯЕИЬ!Й ОПТИЧЕСКИЙ ОСЛАБИТЕЛЬ изменения углов,! прн сохранении их (21) 4235702/24-10 (22) 27.04.87 (46) 15.11.88. Бюл. М 42 (72) В.Г.Протасов и Т.В.Королюк (53) 535,241. 19 (088.8) (56) Приборы и техника эксперимента, 1973, У 2, с.17-18, Авторское свидетельство СССР !

1- 279106, кл. G 02 В 5/26, 20.05.69. (57) Изобретение относится к средствам управления параметрами оптического излучения и может быть использовано для калиброванного ослабления оп„„SU, . 1437823 А1 тического излучения при повышении точности установки коэффициента ослабления и одновременном расширении спектрального диапазона. Ослабитель содержит два установленных последоBQTpJlbHo по ходу излучеHHH отражаюших элемента 1 v. 7., имеюших по одной френелевской отражающей поверхности

3 и 4 соответственно, которые ориентированы взаимно параллельно, а нормяли к которым составляют с оптической осью ослабителя равные по величине, но противон; i ;нные по знаку углы 1 . Элементы н 2 установлены в местах излома I- образной оптической оси ослабителя с гоэможностью

1437823 взаимного равенства путем вращения вокруг единой оси 5, перпендикулярной плоскости, содержащей Е-образную оптическую ось. 3а элементом 2 по ходу излучения установлен неподвижно относительно оси вращения 5 световозвращающий элемент 6, причем входная и выходная апертуры элемента 6 разнесены в направлении оси 5 вращения и согласованы с апертурами элементов 1 и 2.

В целях увеличения диапазона изменения коэффициента ослабления в устройстве использован второй световозвращающий элемент 7, установленный неподвижно относительно оси 5 вращения за элементом 1 по ходу излучения.

Входная апертура элемента 7 согласо1

Изобретение относится к области средств управления параметрами оптического излучения и может быть ис" пользовано для калиброванного ослабления интенсивности оптического излучения, например при аттестации и измерении параметров фоточувствительных элементов и фотоприемников, в медицинских исследованиях и лазерной терапии, хирургии.

Цель изобретения — повьппение точности установки коэффициента ослабления при одновременном расширении спектрального диапазона, а также увеличение диапазона коэффициента ослабления.

На фиг.1 представпен ослабитель с одним световозвращающим элементом, на фиг.2 — вид последнего в разрезе, на Фиг.3 — ослабитель с двумя световозвращателями.

Управляемый оптический ослабитель содержит два установленных последовательно по ходу излучении отражающих элемента 1 и 2, имеющих по одной френелевской отражающей поверхности

3 и 4, которые соответственно ориентированы взаимно параллельно, а нормали к которым составляют с оптической осью ослабителя равные по величине, но противоположные по знаку углы Ч . Элементы 1 и 2 установлены

1Р

30 вана через элементы 2 и i с выходной апертурой элемента 6, а выходная апертура элемента 7 разнесена с его входной апертурой в направлении оси

5 вращения. Пучок 25 излучения после четырехкратного отражения от элементов 1 н 2, двукратного от элемента

6 и однократного от элемента 7 выходит из устройства ослабленным. Благодаря известной зависимости между коэффициентом отражения излучения от френелевских поверхностей 3 и 4 и изменяемым углом Ц падения излучения на эти поверхности коэффициент ослабления выходящего нз устройства пучка

25 оказывается строго калиброванHbIN 1 3 II, ô- J1bl 3 HJI

2 в местах излома Z-сбрагкой оптической оси ослабителя с B03Moжностью изменения углов су при сохранении их взаимного равенства путем вращения вокруг единой оси 5, перпендикулярной плоскости, содержащей Z-образную оптическую ось. За элементом 2 по ходу излучения установлен неподвижно относительно оси 5 вращения световозвращающий элемент 6, причем входная и выходная апертуры элемента 6 разнесены в направлении оси 5 вращения и согласованы с апертурами элементов

1 и 2. Во втором варианте исполнения (фиг.3) использован второй световозвращающий элемент 7, установленный также неподвижно относительно оси 5 вращения за элементом 1 по ходу излучения. Входная апертура элемента

7 согласована через элементы 2 и 1 с выходной апертурой 6, а выходная апертура элемента 7 разнесена с его входной апертурой в направлении оси 5 в р аще ния.

Конкретная конструктивная реализация ослабителя сводится к следующей. Отражающие элементы 1 и 2, выполненные, например, в виде плоскопараллельных пластин или клиньев из стекла К-108, механически сопряжены (связаны) между собой, например закреплены на общей поворотной площадке 8, имеющей ось 5 вращения, которая

1437823 находится в плоскости отражающей грани 3 элемента 1.

Для исключения влияния переотражений от грани элементов 1 и 2, не участвующих в формировании пучка ослабленного излучения, все грани элементов 1 и 2, кроме обращенных друг к другу взаимопараллельных отражающих граней 3 и 4, покрыты, например, слоем черной краски, поглощающей излучение.

Поворотная площадка 8 механически связана с приводом 9, например содержащим шаговый двигатель типа ЩДР7.11, а также с датчиком 10 типа

"угол — код" с помощью, например, зубчатой передачи.

Элемент 6 световозвращения выполняют в виде двух отражающих элементов

11,12, отражающие плоскости которых ориентированы перпендикулярно одна относительно другой и линия их пересечения перпендикулярна оси 5 вращения и оптической оси ослабителя. Световозвращающий элемент 6 может быть. выполнен также в виде прямоугольной призмы АР-90.

Поворотная площадка 8, привод 9, датчик 10 "угол — код", а также световозвращающий элемент 6 закреплены на основании 13 ослабителя. Дополнительный световозвращающий элемент 7 закреплен неподвижно на основании ослабителя 13 и пространственно смещен относительно первого световозвращающего элемента 6 в направлении оси 5 на величину d 7, d, где d — диаметр пучка ослабляемого излучения, что.обеспечивает пространственное разделение пучка излучения, отраженного элементом 7 относительно исходного пучка.

Конструктивно световозвращающий элемент 7 выполнен аналоги но световозвращающему элементу 6. На фиг.3 представлен вариант выполнения световозвращающего элемента 7 в виде двух плоских зеркал 14,15 °

Позицией 16 на фиг.3 обозначен потребитель ослабленного излучения, например аттестуемьж фотоприемник или зеркало, направляющее ослабленное излучение в требуемом направлении.

Устройство работает следующим образом.

Пучок 17 излучения, имеющий мощность Рв, падает на первую по ходу излучения отражающую поверхность 3 элемента 1 год углом |, величина которого определяется угловой ориентацией отраженного элемента 1 относительно падающего пучка 17. Отра- женный от поверхности элемента 1 пучок 18 падает на отраженную поверхность 4 элемента 2. Так как отражающие поверхности 3 и 4 элементов 1,2 параллельны, угол падения на второй ,отражающей элемент также равен ц, а пучок 13, отраженный элементом 2, параллелен падающему пучку 17.

Изменение угла осуществляется путем подачи управляющего напряжения на привод 9 поворотной площадки 8 с помощью шагового двигателя ЩДР-711.

Изменение угла Ц осуществляется, например, в пределах 30-80 . Величина угла | определяется с помощью датчика 10 типа "угол — код". Мощность пучка ослабленного излучения на выходе второго отражающего элемента 2 определяется как

Рбых =Ро R|,(q) R2,(41 где R,((P, R (g) — коэффициент отражения излучения элементами 1,2, соответственно.

Для излучения, плоскость голяризации которого параллельна оси 5 вращения поворотной площадки 8, коэффициент отражения элементов 1,2, например, выполненных из стекла типа

К-108 (q х 1,52), составляет R (y)=

=й д(ср) 0,07 при с =30 и R,(ср)=

=R (q) и 0,55 при Р =80

Для излучения, плоскость поляризации которого перпендикулярна оси

5 вращения, коээфициент отражения элементов 1,2 составляет в этом случае R „(ц)=К () 0,04 при Р =30 и

R (q) =R (q) О, 25 при Ч =80

45 таким образом, мощность пучка света 19 на выходе второго отражающего элемента 2 изменяется при изменении угла | в пределах Р бЬ к „ = (0,005+0,3) Ро, F вь!х | =(О, 0016—

-0,0625)PО для излучения, плоскость поляризации которого соответственно параллельна и перпендикулярна оси 5 вращения.

После отражения первыми по ходу

55 луча отражающими гранями элементов

1,2 пучок 19 излучения поступает на вход световозвращающего элемента 6, который осуществляет инверсию (пово1437823

M = akc = 2 4 10Ú

Р мин т.е. порядка 30 дБ.

При этом значении коэффициента ослабления ослабителя

Пределы изменения Р„„„, Р ак< мощности P „„ выходного пучка излучения при использовании, например, отражающих элементов 1,2 из стекла марки

К-108 составляют для случая поляриза" ции света в плоскости, параллельной оси вращения:

5 рот) направления распространения этого пучка.

Отраженный поверхностями 11 и 12 элемента 6 пучок 20 излучения параллелен падающему пучку 19, имеет обратное этому пучку направление распространения и смещен относительно него в направлении на величину аУ=

=2У, которая определяется значением координаты У пучка относительно линии пересечения плоскостей 11,12 элемента 6.

После прбхождения световозвращающегося элемента 6 пучок 20 ослабленного излучения проходит в обратном относительно пучка 17 направлении, последовательно отражаясь первыми по ходу пучка гранями элементов 2 (пучок 21) и 1 (пучок 22) .

Отраженный элементом 1 выходной пучок 22 ослабленного излучения параллелен входящему пучку 17, смещен относительно него в направлении оси

5 на величину dY и имеет мощность

Вы„, (y),(y) „P„ где R e — коэффициент отражения световозвращающего элемента 6.

Коэффициент отражения R световозвращающего элемента 6 определяется коэффициентом отражения R e излучения поверхностями элементов 11 и 12 К

К, и составляет, например, Кс, = 0,99 при выполнении элементов .11 и 12 в виде диэлектрических зеркал, R 0,8-0,9 при выполнении этих элементов в виде металлизированных зеркал и Rc -0,95 при выполнении световозвращающего элемента 6 в виде приэMbl °

Величина R « постоянна и не изменяется при изменении угла ч поворота площадки 8.

Рмнн =РвР, (») R2() «=25 10 Ро (при < =30 ), Рмакс Pî R„(V) R <(4) Н сц 6 э 2 (при р =80 ) .

Таким образом, динамический диапазон работы ослабителя составляет определяется целиком расчетным путем на основании вычисления величин R,(p) и R <(tg) при значении угла ср, определяемого с помощью датчика 6.

Точность установки требуемого значения коэффициента ослабления опре20 деляется точностью установки величины угла и составляет, например, при погрешности с д установки угла равной с1, =1 „р, н„ и значениями угла р =80 о С1К ос

О, 37 для излу25 Косп ния с известным состоянием поляризации.

При выполнении устройства по фиг.3 работа ослабителя проходит аналогичЗ0 но. Пучок 19 ослабленного излучения, отражаясь световозвращающим элементом 6, повторно проходя второй 2 и первый 1 отражающие элементы, падает на второй световозвращающий элемент 7.

Отражаясь от элемента 7 световозвращения,, пучок ослабленного излучения 23 пространственно смещается в направлений оси S на величину ЛУ„=

=2У, где У „ -высота пучка 2К относительно линии пересечения отражающих элементов 14, 15, составляющих световозвращающий элемент 7 (или эквивалентной линии пересечения катетных граней прямоугольной призмы)}.

После отражения от элемента 7 пу45 чок 23 ослабленного излучения в третий раз проходит через элементы 1 и

2, При этом мощность пучка 24 на выходе элемента 2 составляет Рз=R () э

Rz((p)» R ce Pe °

"J

После трехкратного прохождения ослабляемого пучка элементов 1 и 2 пучок 24 повторно отражается элементом светоотраження 6, одновременно смещаясь в направлении оси 5.

Повторно отраженный световозвра; щающим элементом 6 пучок ослабленного излучения в четвертый раз проходит элементы 2 и 1 отражения и на1437823 правляется к потребителю 16. Мощность

P „„ пучка 25 после четырехкратного прохождения через элементы 1 и 2 соВ (х К (Ю) R (

В (х 1 СВ О ° 5

Пределы изменения мощности при этом разны, например в случае выполнения элементов 1 и 2 из стекла марки К-108, поляризации света в плоскости, параллельной оси вращения эле- 10 ментов t 2, и применения световозвращающих элементов с диэлектрическими покрытиями, обеспечивающими К 0,99, бах ллиус =6 25 10 Ро при Ц=эО

Динамический диапазон ослабителя составляет при этом

Р ь . макс 6 ф

Рных. мцк

20 т.е 60 дБ. при точности установки коэффициента ослабления 0,6X .

«1КОсл

Осл

Таким образом, введение второго световозвращающего элемента 7 позволяет расширить динамический диапазон работы ослабителя до 60 дБ при сохранении спектрального диапазона рабо- 30 ты и точностных характеристик устройства. Помимо изображенного на фиг.3 положения потребителя 16, рас положенного в поперечном сечении пучка излучения. четырехкратно прошедшего дб через отражающие элементы устройства, потребитель 16 может быть расположен (посредством перемещения в направлении оси 5) в пучке излучения, прошедшего 6,8...2n... раз через 40 элементы 1 и 2, что увеличивает динамический диапазон устройства, составляющий в этом случае М ЗОп дБ за счет дополнительных проходов из- лучения через отражающие элементы. 45

Управляемый оптический ослабитель сопрягается с ЭВМ при использовании привода на шаговом двигателе и цифрового датчика ".угол - код" и может входить в состав специализированных моделирующих комплексов и стендов, позволяющих решать задачи метрологии и юстировки в различных областях науки.

Формула изобретения

1. Управляемый оптический ослабитель, .содержащий два установленных последовательно цо ходу излучения отражающих элемента, нормали к френелевским отражающим поверхностям которых составляют с оптической осью ослабителя равные по величине, но противоположные по знаку углы, причем отражающие элементы установлены с возможностью измерения указанных углов при сохранении их взаимного равенства путем вращения этих элементов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности установки коэффициента ослабления при одновременном расширении спектрального диапазона, в него введен световозвращающий элемент, отражающие элементы имеют по одной Аренелевской отражающей поверхности, которые ориентированы взаимно параллельно, и установлены в местах излома Z-образной оптической оси ослабителя с возможностью вращения вокруг единой оси, перпендикулярной плоскости, содержащей Z-образную оптическую ось, а световозвращающий элемент установлен неподвижно относительно оси вращения отражающих элементов за вторым из них по оп ической оси, причем входная и выходная апертуры световозвращающего элемента разнесены в направлении оси вращения отражающих элементов и согласованы с апертурами последних.

2. Ослабитель по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения диапазона изменения коэффициента ослабления, в него введен второй световозвращающий элемент, установленный неподвижно относительно оси вращения отражающих элементов за первым из них по оптической оси, причем входная апертура второго световозвращающего элемента согласована через второй и первый отражающие элементы с выходной апертурой первого световозвращающего элемента, а выходная апертура второго световозвращающего элемента разнесена с его входной апертурой в направлении оси вращения отражающих элементов.

1437Я23

Составитель В.Кравченко

Техред Л.Сердюкова Корректор 0.Кравцова

Редактор О.Спесивых

Заказ 5891/47

Тираж 533 Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж-33, Раушская наб., д, 4/5

11роизводстve«»о-и(лиграфическое предприятие, r, Ужгород, v:i. 1!р кт»ая, 4