Датчик оптического излучения

 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к технике регистрации оптического излучения, и может быть использовано в автономных устройствах измерения параметров оптических сигналов (мощность, энергия, длина волны излучения и т.д.). Целью изобретения является расширение функциональных возможностей датчика за счет идентификации источников излучения по спектральному составу и положению в пространстве. Датчик выполнен из М+1 оптических волокон, входные торцы которых расположены на полусфере, а выходные концы собраны в жгут с регулярной структурой, в датчик введен селективно отражающий элемент, интерференционный фильтр и М+1 фотоприемников, расположенных в плоскости выходного торца входного оптического элемента и выполненных многоэлементными. 1 ил. «м bf &

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 6 01 3 1/04, 6 02 В 5/32

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4835481/25 (22) 07.06.90 (4б) 07,08.92, Бюл. hh 29 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72} В.С. Лачехин, В.В. Гуд, Ю,Е, Кузилин, В.И. Папаримов, А.Н. Сандаков, К.Н. Чиков и В.M. Красавцев (5б) Апанасенко М,Д, и др. Микроэлектронные фотоприемные устройства, — M,: 1984, с.198.

Авторское свидетельство СССР

N 1223716, кл. 6 01 J 1/06, 1984, (54) ДАТЧИК ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к технике регистрации оптического излучения, и может быть использовано в автономных усИзобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к технике регистрации оптического излучения, и может быть использовано в автономных устройствах для измерения параметров оптических сигналов (мощность, энергия, длина волны излучения и т.д.) и направления на источник оптического сигнала.

Известен датчик оптического излучения, предназначенный для регистрации оптического излучения, содержащий фоточувствительные элементы (ФЧЭ) с предусилителями, подключенными к устройствам обработки. Исследуемое излучение попадает на ФЧЭ и приводит к появлению на его, выводах электрических сигналов, которые усиливаются до нужной величины предусилителями и подаются на системы обработки, !

Ж,, 1753302 А1 тройствах измерения параметров оптических сигналов (мощность, энергия, длина волны излучения и т,д.), Целью изобретения является расширение функциональных возможностей датчика за счет идентификации источников излучения псг спектральному составу и положению в пространстве. Датчик выполнен из М+1 оптических волокон, входные торцы которых расположены на полусфере, а выходные концы собраны в жгут с регулярной структурой„в датчик введен селективно отражающий элемент, интерференционный фильтр и М+1 фотоприемников, расположенных в плоскости выходного торца входного оптического элемента и выполненных многоэлементными, 1 ил.

Недостатками данного устройства яв- а ляются малое поле зрения. невозможность определения спектрального состава прини- (д маемого излучения. 6д

Наиболее близким к предлагаемому по назначению и принципам действия является фотоприемное устройство, содержащее фоточувствительный элемент, подключенный к нему предусилитель, заключенные в оощии корпус с отверстием длл ввода получения, перед фоточувствительным элемен- а том установлен входной оптический элемент — выпукло-вогнутый поглощающий фильтр. Вогнутая поверхность фильтра является сферической, а выпуклая асферической поверхностями вращения и задаются математическими выражениями. Поток излучения, приходящий под произвольным углом к оси в пределах угла поля зрения

1753302 фотоприемного устройства (ФПУ), проходя через выпукло-вогнутый фильтр, попадает на ФЧЭ, подключенный к предусилителю.

Так как ширина пучка и толщина фильтра изменяются незначительно, то угол падения излучения на ФЧЭ, примерно, равен углу между направлением прихода излучения и осью ФПУ. Зависимость пропускания фильтра от угла прихода сигнала обратна диаграмме направленности ФЧЭ, В результате диаграмма направленности всего ФПУ становится равномерной.

Недостатками известного устройства являются невозможность распознавания по длинам волн, невозможность определения направления на источник.

Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей датчика эа счет идентификации источников по спектральному составу и положению в пространстве.

На чертеже представлен датчик оптического излучения, общий вид.

Датчик содержит входной оптический элемент 1, корпус 2, фотоприемники 3, голографический селективно отражающий элемент (ГСОЭ) 4, механизм 5 юстировки зеркал и крышку б,кожуха.

Входной оптический элемент 1 оптически согласован с фотоприемниками 3 с помощью ГСОЗ 4, т е, в плоскости изображения выходного торца входного оптическаго элемента расположены фотоприемники.

Датчик работает следующим образом.

Принимаемое излучение засвечивает входные торцы волокон входного оптического элемента 1, расположенные на поверхности полусферы с произвольного направления в телесном угле 2 л стерадиан. Засвеченная группа элементарных световодов передает излучение к своим выходным торцам.

Из выходного торца входного оптического элемента излучение выходит расходящимся пучком с углом при вершине, близким к 24 (так как числовая апертура одиночного световода обычно не превышает 0,2), и поступает на ГСОЭ 4, который отклоняет различные спектральные составляющие отражаемого пучка на различные углы в различных сечениях относительно оси и строит изображения выходного торца входного оптического элемента на различных фотоприемных площадках 3 в различных спектральных диапазонах. На выходах засвеченных элементов фотоприемников 3 образуется выходной сигнал, который является выходом датчика. . Таким образом, благодаря выполнению входного оптического элемента в виде набора из оптических волокон, входные торцы которых являются элементами полусферы, распределены на ней равномерно и имеют радиус кривизны, совпадающий с радиусом полусферы, излучение всегда перехватывается группой элементарных световодав и передается по оптическим волокнам к выходному торцу. Эта обеспечивает равномерную диаграмму направленности в угле

2 астерадиан. Причем из-за малой числовой апертуры одиночного волокна каждый элементарный световод контролирует определенную зону полусферического пространства.

Поскольку числовая апертура волокна определяется выражением

A = bslnu - 4йс — n, а апертурный угол и связан с телесным углом а

20 в= 2 т(1- cosU), то нетрудно вычислить, что для того„чтобы контролировать полусферу, потребуется

25 световодов, раскрыв выведенное условие получим

N 1 6 2+2

Излучение, приходящее из этой контра35 лируемой эоны пространства, проходит только в один или несколько рядом стоящих световодов, поэтому вследствие регулярной световодной структуры входного оптического элемента излучение будет выходить иэ

40 определенного участка выходного торца в зависимости от направления на излучатель в пространстве, т.е. на выходном торце образуется светящееся пятно. Изображение выходного торца строится в различных

45 спектральных диапазонах с помощью ГСОЭ на различных приемных площадках в зависимости от спектрального состава падающего излучения. Изображение светящегося пятна засвечивает один или несколько эле50 ментов соответствующего фотоприемника, по выходному сигналу с которых определяют положение источника в пространстве, а в зависимости от toro, какой приемник выдает сигнал, определяют спектральный со55 став излучения. Таким образом происходит идентификация излучения по спектру и положению в пространстве.

Изобретение позволит выполнить унифицированный датчик Оптического излуче1753302 ния для систем передачи информации, навигационных приборов, приборов ориентации и т.д. цом, причем количество волокон удовлетворяет условию

Составитель Е.Халатова

Техред М.Моргентал Корректор П.Гереши

Редактор О.Головач

Заказ 2760 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Формула изобретения

Датчик оптического излучения, содержащий входной оптический элемент и фотоприемник, заключенные в общий корпус с отверстием для ввода оптического излучения, отличающийся тем, что, с целью 10 расширения функциональных воэможностей датчика за счет идентификации излучения по спектральному составу и положению в пространстве, в него дополнительно введены М фотоприемников, входной опти- 15 чески элемент выполнен в виде набора из N оптических волокон, входные торцы которых являются элементами полусферы, распределены на ней равномерно и имеют радиус кривизны, 20 совпадающий с радиусом полусферы, выходные торцы волокон собраны в жгут с регулярной структурой и плоским торгде и, — коэффициент преломления сердечника волокна, п — коэффициент преломления оболочки, за входным элементом по оси системы расположен селективно отражающий элемент, состоящий из не менее двух компонентов, один из которых состоит иэ М голографических отражающих элементов, а второй компонент выполнен в виде интерференционного отражающего фильтра, причем иэофазн ые поверхности голографических отражающих элементов и главная плоскость фильтра развернуты относительно друг друга на угол 360 /(M +1), фотоприемники расположены в плоскости выходного торца входного оптического элемента симметрично относительно его оси. оптически сопряжены с ним, и выполнены многоэлементными.