Интерференционный фильтр

 

СО!ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sos 6 02 В 5/28 I 7 )2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ORI4CAHI4E VI3OE PE TEHI4A

-Ú""àþàâöñ

«« е,»«»«„

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4824640/10 (22) 11.05.90 (46) 15.07.92. Sion. N 26 (71). Харьковский государственный университет им. А.М; Горького и Арендно-государствейная фирма "Спектр" при Ильичевском заводе "Квант" (72) Е.А. Лупашко, Е.И. Бочкарев, А.П. Овчаренко и В.И. Стеценко (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 384090, кл, 6 02 В 5/28, 1971.

Шкляревский И,Н., Зартов Г.А. ИНтерференционные фильтры с улучшенными характеристиками в наклонных лучах.—

Оптика и спектроскопия, 1975, т, 38, с, 385—

388.

Изобретение отйосится к оптическому приборостроению, в частности к интерферевщионным тонкослойным оптическим покрытиям и может найти применение в различных устройствах, фильтрующих спектр излучения.

Известен интерференционный фильтр, содержащий два четвертьволновых при нормальном падении света зеркала, состоящих из чередующихся слоев двух диэлектриков с высоким пв и низким пн показателями преломления, разделенных полуволновым при нормальном падении света центральным слоем из вещества с показателем преломления пх, причем пн < п < 0 5(пв+ пн).

Недостатком известного фильтра является то, что расщепление полосы пропускания при наклонном падении света отсутствует только при одном значении по(5U 1748112 Al

2 (54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ ФИЛЬТР (57) Использование: интерференционные тонкослойные оптические покрытия, Сущность изобретения; фильтр содержит чередующиеся слои двух диэлектриков с высоким и низким показателями преломления, образующих два зеркала, разделенных центральным зазором, Зеркала включают четвертьволновые слои, оптическая толщина центрального зазора полуволновая для дЛины волны k, определяемой по формуле, а оптические толщины прилегающих к центральному зазору двух слоев каждого зеркаil3 Сделаны в нечетное число раз больше изготовленных из тех же веществ остальных слоев зеркал, 1 з.п. ф-лы, 2 ил, г« казателя преломления пох центрального слоя, к точности достижения которогопредъявляЮтся высокие требования. Отклонения показателей преломления от расчет- Д ных приводят к расщеплению полосы,: р пропускания фильтра при наклонном падении света. Вещество с требуемым показателем преломления ri<> не всегда может быть выбрано из ограниченного ряда известных / Ю пленкообразующих веществ, а увеличение числа используемых веществ усложняет изготовление фильтров, Ъ

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является фильтр, содержащий чередующиеся слои двух диэлектриков с высоким и низким показателями преломления, образующих два зеркала, разделенных центральным слоем, причем оптические толщи1748112 ны слоев зеркал четвертьволновые, а центрального слоя — полуволновая для длины волны

А=Л (1)

n — sin yo где е — показатель преломления слоя; Ло рспектральное положение полосы пропускания фильтра при падении на него излучения под углом ро из воздуха.

Такой фильтр содержит четвертьволновые слои зеркал, а центральный слой — полуволновой "по ходу луча" для заданного угла падения света и имеет нерасщепленную полосу пропускания при нормальном падений света и при падении света под углом p>„а в диапазоне углов падения от 0 до фо имеет меньшее, чем у классического фильтра расщепление полосы пропускания.

Однако известный фильтр имеет ограниченное применение, поскольку при р;—

45о расщепление его полосы пропускания достигает значений 1,5 нм, что приводит к уширению полосы пропускания и падению пропускания в максимуме для узкополосных фильтров с полушириной менее 5 нм.

Целью изобретения является уменьшение расщепления полосы пропускания узкополосных интерференционных фильтров при наклонном падении света..

На фиг, 1 схематически показана конструкция фильтра; на фиг. 2 — графическое решение интерференционного уравнения, поясняющее принцип работы фильтра; на фиг. 3 — расчетные угловые зависймости расщепления полос пропускания интерференционных фильтров.

Интерференционнйй фильтр (фиг. 1) содержит чередующиеся слои двух диэлектриков В с Высоким пе и Н с низким пн показателями преломления, образующих два зеркала 1, разделенных центральным слоем 2, причем зеркала включают четвер тьволновые слои для длин волн, определяемых выражением (1), слои 3 и по два прилегающих к центральному слою слоя 4 с оптической толщиной в нечетное число раз больше остальных слоев зеркала, Конструкция фильтра может быть представлена в ви-. де

N(BH)qSqH 28 qHqB N(HB), (2) или в виде й(ВН)В с(Нс(В 2Н qBqH ВИ(НВ), (3) где N + 1 — число пар слоев в зеркале;

q — целое нечетное число, а оптические толщины обозначенных через B и Н слоев равны соответственно с1„М .

Л н— пн (4) н уо

Принцип работы фильтра можно пояснить следующим образом. Положение полосы пропускания при нормальном (и ее s- u р-составляющих при наклонном) падении света определяется интерференционным уравнением

10 — у — — 2 да.р = 2 ш.

4mdc (5) где с- косинус угла преломления света в веществе центрального слоя;

iL- длина волны, д,р — сдвиг фазы при отражении света от зеркал со стороны центрального слоя.

Как видно из (5), расщепление полосы пропускания фильтра обусловлено различием хода спектральных зависимостей д (Л) и др {Л) при наклонном падении света, Расщепление полосы пропускания отсутствует, если равенство (5) выполняется одновременно для s- и р-компонент поляризации падающего света. Это условие соблюдается

25 в случае нормального падения света, для которого раsiiin e s- и р-компонент отсутст- вует и для угла падения ро, при котором эффективные оптические толщины всех слоев фильтра кратны четверти длины волны

30 цр, Для остальных углов падения света эти условия нарушаются и возникает расщепление полосы пропускания фильтра, На фиг. 2 приведено графическое решение уравнения (5), для чего его удобно представить в виде

x(v — — 1) =h.,i, Со

Л. где v = . со — косинус угла преломления в веществе центрального слоя при падении

40 света под Углом фо из воздУха; 66,р — отличиЯ истинного сдвига фазы д,,р от к л; Прямая 1 (см, фиг. 2) — левая часть (6) при угле падения света 30 и Ро - 45о, кРивые 2 и 3 соответственно зависимости Ь (v) и Ьр (р) для зеркал

45 известного фильтра, а 4 и 5 соответственно аналогичные зависимости для зеркал предлагаемого фильтра.

Как видно иэ приведенных данных, точки пересечения зависимостей

50 Q {р) и 6р (р) с прямой 1 для предлагаемого фильтра находятся значительно ближе друг к другу, чем для известного, что и обусловливает меньшее расщепление полосы пропускания, 55 В качестве примера конкретного исполнения рассмотрим узкополосные фильтры, состоящие из веществ с различным соотношением показателей преломления слоев.

На фиг. 3 приведены расчетные угловые за1748112 висимости расщепления Лм = vs — Np (Ms. Np— положение максимумов s- и р-составляющих полосы пропускания) при ро = 45, Для известного фильтра (конструкция (3) при ns = 2,2; пн = 1,32; q-1; кривая 1) в диапазоне углов падения от 0 добро имеет место значительное расщепление. Если, в соответствии с изобретением, сделать р = 3, то расщеплеwe полосы пропускания уменьшается на порядок (кривая 2). Аналогичное соотношение расщеплений полосы пропускания для известного и предлагаемого фильтров имеет место и при других показателях преломления. При уменьшении отношения показателей преломления (кривая 3, ne =

2,0, пн 1,46, р = 3) расщепление также уменьшается, а при увеличении(кривая 4, й>

- 2,7; n = 1,32; q - 3) растет, но в последнем случае расщепление полосы . пропускания можно уменьшить, увеличивая q (кривая 5, q = 5), Аналогичные зависимости, но с обратным знаком Ьм имеют место и для фильтров с центральным слоем из вещества с низким показателем преломления (3).

Формула изобретения

1, Интерференционный фильтр, содержащий чередующиеся слои двух диэлектриков с высоким и низким показателями преломления, образующих два зеркала, разделенных центральным слоем, причем зеркала включают четвертьволновые слои; а

5 оптическая толщина центрального слоя полуволновая для длины волны

k =llo и — sin фь где ni — показатель преломления слоя; Ао —

10 спектральное положение полосы пропускания фильтра при падении на него излучения под углом уЪ из воздуха, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения расщепления полосы пропускания при наклонном па15 дении света, оптические толщины прилегающих к центральному слою двух слоев каждого зеркала имеют- оптическую толщину в нечетное число раз больше выполненных из тех же веществ остальных слоев зеркал.

2. Фильтр поп.1, отлича ющийся тем, что прилегающие к центральному слою два слоя каждого зеркала имеют оптическую толщину в три раза больше, чем выпол25 ненные из тех же материалов Остальные слои зеркал.

1748112

Оф

Составитель А.Овчаренко

Техред M.Ìoðãåíòàë: Корректор С.Юско

Редактор С,Лисина

Заказ 2504 Тираж .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретейиям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

ij g» ьчУ

Q,9) 20

Фиг. 3