Отражательная призма для поворота плоскости поляризации

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, Б частности к устройствам для поворота плоскости поляризации. Отражательная призма содержит три отражаюгсие грани, расположенные под углом полного внутреннего отражения, а также входную и выходную грани, расположенные под уг- .лом Прюстера к оптической оси. Отражающие грани призмы ориентированы относительно друг друга и относительно входной и выходной гранен под соответствующими углами. Приведены соотношения для вычисления этих углов в зависимости от показателя преломления материала призмы и or заданного угла поворота плоскости поляризации. Благодаря такому выполнению призмы уменьшаются потери света на отражение и обеспечивается поворот плоскости поляризации на произвольный угол. Призма может быть выполнена как из монолитного блока; так и в виде системы из трех склеенных между собой боковыми гранями отражательных призм. Па первую отражающую грат-, может быть нанесено отражающее покрытие. 2 з.п. ф-лы, 10 ил. ю (Л е

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1657935 (5))5 С 01 В 5/()4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4639709/10 (2?) 19.01.89 (46) 23.06.91. 1>юл. !>>- 23 (71) Институт AHçèI;è атмос)>)еры

AII ССС P (72) А.Н.Пенис в (53) 535. 824.4 (088.8) (56) Авторское с видет ел ьство СССI

Р 204456, кл. !! 01 8 1/О!1, 1966.

Авторское с видетел ьство СССР

N" 1144073, кл . (02 В> 5/04, 1981 . (54) ОТРАУ(АТ1Л1>НМ! П!Ч!. -3!1А Д>!(! ) !ОВ>ОI ОТА ПЛОСКОСТИ 1!011>11%НА!1!!И (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам для поворота плоск>ости поляризации. Отражательная призма содержит три oтр яжяющие грани, ря сположенные под углом полного внутрен— него отражения, а тякхе входную и

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам для поворота плоскости поляризации.

Целью изобретения являетс". уменьшение потерь света ня отражение и обеспечение поворота плоскости поляризации на произвольный r)rrarr)rrlrt угол g.

На с)иг. 1 и фиг. 2 — изображены призмы, отвечающие нервому из двух альтернативных вариантов, причем призма, изображенная на Аиг. 1, обеспечивает поворот плоскост)) поляризао ции на угол (х . = 60 по чяс> вой стрелке, а призма, изображенная ня A)rr.2, выходную грани, ряcïoëoõå)rí).)å под уг,.лом 1>рюстера к оптической оси. Отрахяющие грани призми ориентированы n T)roсительно друг друга и относительно входной и выходной граней под соответствующими углями. Пр)гнедени соотношения для вычисления этих углов в зависимос ти от показа rr >Iz ))pean)IJ)e— ния материала призмы и OT заданного угля поворота плос кос ти поляризации.

Влагодаря такому Hi.lllo r)IE нию призмы уменьшаются потери светя ня отряхение и обеспечивается поворот плоскости лоляризац))и ня произволь)ll,lll угол.

Призма может быть вь)полненя кяк из монолитного блока; тяк и в виде системы из трех склееьч)их . )ежду собой боковыми гранями отряжятел) них призм.

Па первую отражающую гран) может бить нанесено отражающее покр))тис. ?. з.п.

@ †, 10 ил. обеспечивает поворот плоскости поля— ризации на 60 против часовой стрело ки.

На Лиг, 3 — ой боковыми гранями призм, такхе обеспечиваюг(яя поворот о плоскости поляризации ня 60 по часовой стрелке; на фиг. 5 — изображена призма из монолитного блока, обеспе1657935 чивающая поворот плоскости поляризао ции на 60 против часовой стрелки; на йиг. 6 — представлена призма, выполненная в виде системы трех склеенных между собой боковыми гранями призм, также обеспечивающая поворот плоскосо ти поляризации на 60 против часовой стрелки, на Ьиг. 7-8 — изображены две призмы из монолитного блока а

1 10 на Аиг. 9, 10 — две призмы, выполненные в виде системы трех склеенных между собой боковыми гранями призм, обеслечивающие поворот плоскости поляризао ции на 90

Па чертеже и в тексте приняты следующие обозначения: (К вЂ” угол поворота плоскости поляризации >

F, — направление колебаний электри20 ческого вектора В световом пучке, 1 (= агс tp

arctic

I вторая плоскость отражения ортогональ4О на первой плоскости отражения, третья отражающая грань расположена под углом

) агс р и либо, соответственно, под углом Я ко второй отражающей грани, причем третья плоскость отражения ортогональна второй . плоскости отражения и расположена под углом

arctic

I либо под углом 90 ко входной грани причем первая плоскость отражения ортогональна плоскости преломления све— либо, соответственно, под углом Р

О n . g.

= arcsin cos - + - sin

2 и +1 2 к первой отражающей грани, причем

n — показатель преломления материала, из которого изготовлена призма, (Π— угол Брюстера, определяемый равенством (P>= агсср п, = агс р 1 ((n -1) (1 — cosg 1 Р т \757

В отражательной призме, содержащей три отражающие грани, расположенные под углом полного внутреннего отражения по отношению к падающему на них с внутренней стороны световому пучку

7 а также входную и выходную грани, входная и выходная грани расположены под углом Брюстера к оптической оси, т.е. к световому пучку, первая отражающая грань расположена под углом тового пучка либо, соответственно, совпадает с ней, вторая отражающая грань расположена под углом

2 2arctg либо, соответственно, под углом к первой плоскости отражения, а выходная грань расположена под углом

1657935 либо, соответственно, под углом 90 о к третьей Отрлжлк><

Призмл может быть выполнена в виде системы из трех склеенньгх между собой боковыми гранями отражательных призм, первая из которых представля- !0 ет собой прямую усеченную призму, имеющую в основании пятиугольник с двумя прямыми углами и двумя углами о

> равными 135 — 1/2, причем одна боковая грань составляет с основанием угол Брюстерл, либо пряму1о призму, которая имеет R основании четырех— угольник с двумя прямыми углами и г третьим углом, равным углу Брюстера, вторая предстлвляет собой прямую приз- 20 му, имеющую в основании равнобедренНУЮ тРаПЕЦИЮ С УГЛОМ ПРИ ОСНОВ!!НИ!1, 25

«торой плоскости с трлжен<1>1, л угол

30 и

ЕГÎN равен 90 — атем светс вой о

40 поляризации линейно поляризовлнногo света на угол !1 = !>О по члсо«ой о стрелке (если смотреть вдn<11, первоначального направления распространения 45 светового пучка). Входная грлнь приз— му АВСД располагается под углом !>рюстера к световому пучку, причем она составляет с гранью АИ,ТГ у1 О-I, равный углу Брюс тера. Перва я Отрл><слю<.1ля грань НК М ортогонлльнл rp;IIIII ЛИХЕ и расположена под углом 1 ) o вхс>дной грани, вторая отражающля грань ЕЕО!Т расположена под углом ц к грлни

ABLKF и под углом к первой отражающей грани, третья Отражлко 1;I я грань

5QRW расположена под углом f ко второй отражаюг!ей грани и Ортогонлльна грани PQP,">T, причем грянь

n + 2«2 солса+ 1 равным агс г!>

2п2 (! — соя б ) либо соответственно 90 — g/2, л о третья представляет сОГ>О11 прямую усеченную призму, которля Ilмеет в

Ос новании и>1 ти уг Ол E нl <к с jl1< yMEI Elp я— мыми угллми третьим углом рл«н1<м о

> >

135 + 1/2 (и четвертым уг. Ом, paR—

0 ным 45 + 1/2 J, причем одна 6< к<>вля грань составляет с основанием угojl

Г>рюстера, либо соответственно прямую призму, имею1<ую в ocновании четырpx угольник с двумя прямыми угнлми и третьим углом, равным углу 1 рк>стерл.

На первую отражлющую грань может быть нанесено зеркальное покрытие.

На фиг.! изоб>раженл отражлтельная призма для поворота плоскости стлвляет со второй Отрлжлюг<ей гранью угол 1, выходная грань ЯТЛ>< рлсположенл под углом 11 к третьей отрлжлю<яей грани и ПОд у г лО!"1 !!р1<>с. терл к грани

РО1, ЯТ.

Призма действуеT еле.<ую1<<г1м обрлзом.

Световой пучoK пojlярич EoK без Отрлжс ния прОхОдит внутрь при am», следуя в ней параллельно грани АИ.KF .. !атем световой пучок испит!<влет полное вн>.Tpel!!!co отрлжение От г<ервой o pa+a!г!ий и О грлженный световые пучки поляризованы Ортогонлльно первой плоскости отражения, а угол падения светового пучка нл грань НЕ1,! рлвен 45 — — . Потом о э световои пучок испытывлет полное внутреннее отражение От второй О!рлжлю1<е1!1 грлни ЕГОР, причем пл1<11!!1 и отрлжен11111"1 светORI.!å пучки E!Ollaðll а< .< 1!Ill во! пучок исг<ытьн!лет полное внутреннее отражение от трет ей отражающей грани N0PW, причем плдлю1<о!1, н nтрлженный световые пучки полярная! лны Ортогонально третьей плос1<ости стрлжения, а угол падения c«eTТ равен 45 -<- (/2. Потом световОй пу<чок без Отрлжс ни я Р11хо)!ит из призмы под углом Нрк>стерл к выходной грани STVW, причем 1< и ОРТЧ, следовательно, повернутл !la< yr o

60 по часовой стрелке. Анллиз условий отражения поклзы«лет, что единственной проб:1емой я«ляс тся Обес— печение полного внутреннегo Отрлжения от первой отрлжлющей гp;»II<, тлк как угол падения светового ну 1кл Ila эту грань меньше 45 . тлк например о для n = 1,7549г> получаем, что можно обеспечить выполнение условия полис>ro внутреннего отражения для значе— ний угла поворота плоскости поляризации !!с (72,5 . Если требуется призма для значений ОС, больших указанной величины, необходимо на и ес ти н л и ер-, 1657935 вую отражающую грань зеркальное покрытие. Поскольку потери на таком покрытии могут быть сведены к незначительной величине, наличие одного зеркального покрытия не окажет существенного влияния на параметры призмы, Призма может быть выполнена в виде системы трех склеенных между собой ið боковыми гранями отражательных призм

АВЬКГ1)СИНС ЕГРОЕ1)011 и PQRSTVONW. Призма ABLKFDCIfftQ имеет в основании пятиугольник, н котором, АВ1, = 1.AFK =

1 — 90, 8 BLK = L 1,KF = 135 —, боко15 ная грань АЛГ1) составляет с основанием угол, равный углу Брюстера, а остальные боковые грани opToroHaJlbHhl основанию, Призма ГГРОЕ1) 11 прямая имеет н основании равнобедренную трапецию с углом при основании ГГО =

=,i РОГ = 90 — II.

Призма ГОКБТЧО%1 имеет в основании пятиугольник, н котором j RST =

= LSTP = 90, QORS = 135 +

fPQR = 45 + — боковая грань ST%4 30

2 сос тавляет с ос нонанием угол, равный углу Брюстера, а остальные боковые грани ортогональны основанию. Склеивание призм между собой производится канадским бальзамом. Это необходимо для уменьиения потерь света на отражение от мест склейки.

На фиг. 2 изображена отражательная призма для поворота плоскости поляриэа1 ции линейно поляризованного света на 40 угол OC = 60 против часоной стрелки.

Эта призма обладает теми же признаками, что и призма, изображенная на фиг. 1,так как является ее зеркальным вариантом. Различие между этими 45 двумя вариантами заключается н ориентации первой отражающей грани, что приводит к различному направлению отклонения светового пучка этой гранью: в призме, изобр енной íà фиг, 1, пер-50 вая отражающая грань отклоняет световой пучок на угол 90 + II против часовой стрелки, если смотреть со стороны грани С1)ГНИ, а в призме изображенной на фиг. 2 первая отражающая грань отклоняет световой пучок на

55 угол 90 +, It по часовой стрелке, если смотреть со стороны грани СПГНИ.

Обозначения граней на фиг. 2 таково, что к изображенной на ней призме полностью применимы описание устройства и действия призмы, изображенной на фиг. 1 (с той только разницей что на1 правление поворота плоскости поляризации меняется на противоположное).

На фиг. 3 изображена отражательная призма из монолитного блока для поворота плоскости поляризации линейно поляризованного света на угол 0(= б

60 по часовой стрелке. Входная грань призмы ARCD расположена под углом Брюстера к световому пучку, первая отражающая грань BCFF ортогональна входной грани, боковая грань

ABFG ортогональна граням ARCD u

ВСГГ, вторая отражающая грань ГНК 0, расположена под углом / к первой отражающей грани ВГЕЕ и составляет о К угол 180 — — с боковой гранью ABFG, третья отражающая грань ИМОР расположена под углом ко второй отражающей грани, выходная грань OPOR ортогональна третьей отражающей грани MNOP áoковая грань R11PQ ортогональна граням

MNOP u OPQR и составляет угол 180

Ы вЂ” со второй отражающей гранью

СНК1..

Призма действует следующим образом. Световой пучок, ортогональный лицевой грани призмы АГНЯТ1) и папяризованный в плоскости, параллельной боковой грани АВЕГ, падает на входную грань призмы ARCD под углом Брюстера

Ч и без отражения проходит внутрь призмы. Затем световой пучок испытывает полное внутренне отражение от первой отражающей грани RCFF, причем падающий и отраженный световые пучки поляризованы в первой плоскости отражения, которая сонпадает с первой плоскостью преломления и параллельна грани ARFG а отраженный световой пучок параллелен лицевой грани призмы

AGHSTD. Потом световой пучок испытывает полное внутреннее отражение от второй отражающей грани GHKL, причем падающий и отраженный световые пучки поляризованы перпендикулярно второй плоскости отражения, так как она ортогональна первой плоскости отражения. Затем световой пучок испытывает полное внутреннее отражение от третьей отражающей грани МООР, причем падающий и отраженный световые пучки поляриэо16579 >5!

10

20

25 под углом

1 + (112 — 1) наны в третьей плоскости отражения, так как оня ортогональна второй плоскости отражения, Потом светоной пучок без отражения выходит из призмы под углом Прюстера к выходной грани OPQR, причем направление светового лучка совпадает с первоначальным, а плоскость поляризации параллельна боковой грани КИР(, сле21онятельно поо

У вернута на угол г>2 = 60 по часовой стрепке.

На Лиг. 4 представлена отражлтелгная призма для поворота плоскости поляризации линейно поляризованного света на угол К = 60 по часовой о стрелке, ныполненная н виде системы трех склеенных между собой боковыми гранями отражательных призм. Все три призмы прямые. Призмы АВГГ1)СГТ и

QP1KR0NV идентичны и имеют н основа— нии четырехугольник, например АВ!г(:, в котором lАВР = гАГГ = 90, à !П>Г = (О = агс р и. Призма < И!>Т1Х Л! имеет в основании равнобедренную тряпегсг<ю с углом при основании с ..ТГН = 90 — 60

<г о

Призма действует точно тлк же, как и изображенная на (лгг, 3, тлк клк 30 взаимное расположение всех рябо-<их граней такое же. Обозначение граней на с<>иг. 4, такового, что oHHcatIIte действия призмы, изображенной ня

Фиг. 3, полностью применимо и к приз- 3> ме, изображенной нл <>иг. 4. !

На <>иг. 5 изображена отражательная призма из монолитного блока для поворота плосKocти поляризации линpй40 но поляризованного света ня уг(>(t C< .= — 60 против часовой стрелки. Зтя (> призма обладает теми ке при.>Haaalttt, что и призма, изображенная на <>иг.3, так как является ее зеркальным няри45 антом. Различие между этими двумя вариантами заключается н ориентации второй отражающей грани, что принодит к различному направлению отклонения светового пучка этой грянг,ю: н призме, изображенной на <>иг. 3, вторая отражающая грань отклоняет световой пучок на угол с>С по часовой стрелке, если смотреть вдоль первовячлльного г

1 2 — и (> — <и — 1>

are t j и няпращ ения рлспр ос трл нс ния светового пучка, я н призме, ll a<>(>j>it>KpttHotj нл фиг. 5 — нл угол gC против члсоной стрелгэг, Об>озг(л (ения гран«11 Hil <лгг. 5 тлково, что к изобрлкенн и На ней призме пол нс>с тью при гг<чи(мы опис ание устройств» lt get < Tttttÿ ггризмы, и зображенной Ila < >III . 3 .

На с<>иг. 6 пр«дс тлнленл отрлжлтельнля призма для поноротя ц1сс кости поляризации линейнс 1<олярггзонлнного о света на угол сг< . = 60 против часовой стрелки, выполненная в гиде системы трех склеенных между собой боковыми гранями отряжлтельшгк призм. 11cå три составляюг(ие Ilj>ll: мы точг(о тлкие жс кяк и н приямо, изобряжепнои на

tt>HI . 4 . Рлзлич11« с< e T((IT лlггль н их взаимной ориентягв(и, к<>торля пр1(водит к тому, что призмя, из<>брлженнля ня Лиг 6, является aeptaл1 ным влри— янтом призмы, изобр I et(It(>tj нл <>иг.4.

На Лиг. 7-10 11зобрлкс.н11 нлр11лнты отрлжятельной призмы лпя поворота плоскости гголяри.>я1(1111 линейно поляриз< вл1(ного светл нл с1(! . П c h< лгку нет ра зли чи я и еж;(у 11<111(> p r > T;l; tl t l t;t r >c к <>с ти поляриait tgttt светл 1(л 90 пр< гив часовой стрелки I»tit 90 и члс(ной стрелКЕ ВОЗМС>жШ! ДНЕ ltj>lt >l п,l 1l 1 и<ОНО<1ИТНО.. (с блока и лне призмы, гч III з: неги(ые н ниле системы трех с.кл«<-.нных межлу собс и боков(сии 1 рлня. (1< прггзм, обеспечинлющие поворот 111(оскос.ти почяри—

aa I(1tH нл 9 0

< > о р м у л я и з о б р е т е н и я

1. Отрл;-;ятельнля при >мл дпя понор<>Та плоскости IIoJI stptt >:t tttt tt . IH ltc йно

ПОгГЯРИЗОНЯННОГо СввтЛ, оп;1ЕРКЛП(aSI три отражаю((ие грл>ги,;>;1< и зл< конные под углом полного нн;-,j>ettttet (> <>Tpaкения, а также вкопнуг<> tt I> ti(лную грани,отличающля с я тем, что, с целью уменьгления потерь светаа на отражение и об «с г(е11« н1<я пон орота плоскости поляри >;ttttttt нл произвольный заданный угол К, 1<к(>лиля и выходная грлни рясполож«гнг под углом !>рюстеря к оптической с сп, перНаЯ ОтРажЯЮ11(аЯ ГРЯН1 РЛС11(>я С ж«НЯ

1657935

1 — cos g. ов g,+ + п2 (1 — соз0() 1 — (n2 — )

arctic и

1)

1 — cos <

2(n4. + 2n2cosg+ 1) сов0() + (и

COOTBPTCTBPHHO агс sin

1 п + ?n cos M 1 + п (1 — cosg) 1 + (и — 1)

Ф

arctic п

1 — cos pC (1 — cosg) 1 — (n — 1) либо соответственно:

О(п2 . Ы.

+ = sin2

2 и +1 2

a1CSil1

arc tp

arctic

40 где и — показатель преломления матеа риала призмы, либо 90 к входнои гралибо, соответственно, 90 0 к третьей отражающей грани.

?, Призма поп. 1, п тли ч аю щ а я с я тем, что она выполнена в виде системы из трех склеенных между собой боковыми гранями отражательных призм, первая из которых представляет собой прямую усеченную призму, имеющую в основании пятиугольник с двумя прямыми углами и двумя углами, равными 135О

1, (п2 — 1) (1 — сов 0C )1

? (п2 + 1) sin О(. причем одна боковая грань составляет . с основанием угол Брюстера, либо прямую призму, которая имеет в основании четырехугольник с двумя прямыми углами и третьим углом, равным углу !!рюстера, вторая представляет собой прямую призму, имеющую в основании равнобедренную трапецию с углом при основании, равным ни, вторая отражающая грань расположена под углом к первой отражающей грани, третья отражающая грань расположена под углом к второй отражающей грани, а выходная грань расположена под углом либо, соответственно 90 -- а третья

0 О(У представляет собой прямую усеченную призму, которая имеет в основании . пятиугопьник с двумя прямыми углами, о 1 третьим углом, равным 135 + — arctpx

Ъ (n -1) (1 — сов К) и четверным углом, (11 + 1) sin 0(, о 1 (и -1) (1 — совФ ) равным 45 + — arctic, 2 (n2+1) s in причем одна боковая грань составляет с основанием угол Брюстера, либо соответственно, прямую призму, имеющую в основании четырехугольник с двумя прямыми углами и третьим углом, равным углу Брюстера.

3. Призма по пп. 1 и ?, о т л ич а ю щ а я с я тем, что на первую отражающую грань нанесено зеркальное покрытие.

Фиг. I.

Фиг. 2.

1657935

° . 4.

1657935

Фиг. 6.

1657935

Фиг.9

Фиг.7

Фиг. 10

Составитель В. Кравченко

Редактор А.Кондрахина Техред С.Мигунова Корректор H. Ревская

Заказ 2428 Тираж 384 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101