Многоходовая оптическая система

 

(19) RU (11) (51) 5 G01N21 03

К> @" 1 аанв-7.

SHS JtHOYE

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5044394/25 (22) 27.05.92 (46) 15.10.93 Бюл. Na 37 — 38 (75) Бубличенко ИА. (73) Московский инженерно-физический инс и ут (54) МНОГОХОДОВАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА (57) Использование: фотометрия, рефлектрометрия, газоанализ, спектроскопия Сущность изобретения: надлежащим выбором кривизны поверхностей ок— на-светоделителя двухзеркальной многоходовой оптической системы достигнута идентичность геометрических параметров световых пучков, отраженных от окна-светодепителя и вышедшего из многоходовой системы, вне зависимости от геометрических параметров светового пучка, вводимого в многоходовую систему. 1 зл.ф-лы. 1 ил

1 Э

СР

СР (эЭ

20013Ва

30

4С

50

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при разработке фотометрических и спектроскопических приборов с многоходовой кюветой, многоходовых рефлектомеров и газоанализаторов, а также в качестве оптической линии задержки.

Известна многоходовая оптическая система, содержащая отверстие ввода-вывода, зеркало-коллектив, два зеркала-объектива и светоделитель, установленный перед отверстием ввода-вывода. К недостаткам аналога следует отнести сложность и неполную виброустойчивость, обусловленные расположением светоделителя отдельно от системы зеркал, а также что она не обеспечивает, вообще говоря, идентичности геометрических параметров вышедшего из системы и отраженного от светоделителя световых пучков.

Наиболее близким к предлагаемой является многоходовая оптическая система, содержащая два зеркала. в одном из которых выполнено окно ввода-вывода излучения. В этой системе, принятой за прототип, окно ввода-вывода излучения совмещает функции светоделителя, однако и она не обеспечивает идентичности геометрических параметров вышедшего из системы и отраженного от светоделителя световых пучков.

Изобретение позволяет сделать идентичными гермерические параметры световых пучков, вышедшего из многоходовой системы через окно ввода-вывода и отраженных от него, вне зависимости от геометрических параметров светового пучка в многоходовую систему. Кроме того, упрощается конструкция многоходовой системы.

Это достигается тем. что в многоходовой оптической системе, содержащей два зеркала, в одном из которых выполнено окно ввода-вывода излучения, внешняя поверхность окна выполнена с кривизной, равной кривизне зеркала с окном, причем центр кривизны расположен относительно зеркала в той же стороне, что и центр кривизны зеркала, а внутренняя поверхность окна выполнена с такой кривизной, что оптическая сила окна равна нулю, а также тем, что зеркало с окном ввода-вывода излучения выполнено плоским, Наличие отличительных признаков свидетельствует о соответствии предложенного технического решения критерию изобретения "новизна", а то, что совокупность признаков предложенного технического решения не обнаружена в известных решениях, свидетельствует о его соответствии критерию изобретения "существенные отличия

Сущность предложения заключается в обеспечении идентичности геометрических параметров световых пучков из многоходовой системы и отраженных от окна вводавывода, эа счет надлежащего выбора кривизны поверхностей окна, Иэ теории многоходовой системы из двух зеркал, образующих устойчивый оптический резонатор, следует, что прохождение световым пучком такой системы при его вводе-выводе через отверстие в одном из зеркал, эквивалентно по геометрическим параметрам отражению от поверхности зеркала с отверстием с внешней стороны, Следовательно, если кривизна внешней поверхности окна будет равна кривизне зеркала, в котором выполнено окно, то геометрические параметры отраженного от внешней поверхности окна и вышедшего из многоходовой системы через окно световых пучков должно быть равно.

Однако, в действительности для этого дополнительно необходимо. чтобы геометрические параметры светового пучка не изменились при прохождении через окно ввода-вывода, то есть окно ввода-вывода должно иметь нулевую оптическую силу

Ф=О. Радиус г2 кривизны внутренней поверхности окна ввода-вывода связан с радиусом r> кривизны внешней поверхности формулой линзы: Ф=(п-1)(1/г1-1/гг)+ (п1) d/пг гг=О, где n — показатель преломле2 ния материала окна ввода-вывода, à d — его толщина в центре. На практике применима теория тонкой линзы, так как малы отношения d/rl «1 и d/гг «1. В этом случае кривизна поверхности окна должна быть одинаковой и равной кривизне зеркала с окном, Внешняя поверхность окна должна быть выпуклой, если зеркало вогнутое, и вогнутой — если зеркало выпуклое. То есть центры кривизны зеркала и внешней поверхности окна должны быть расположены по одну сторону от зеркала.

Следует отметить, что световой пучок, отраженный от внутренней поверхности окна будет иметь практически такие же геометрические параметры, как у отраженного от внешней поверхности и вышедшего из многоходовой системы светорых пучков, что позволяет испольэовать в оптических приборах любой из отраженных световых пучков, в том числе и оба одновременно. В случае выполнения зеркала с окном плоским конструкция многоходовой системы упрощается: окно выполняется плоским.

На чертеже изображена оптическая схема многоходовой системы и дан ход лучей.

Многоходовая оптическая система содержит зеркало 1 и окно 2 ввода-вывода излучения и зеркало 3. Окно 2 одновременно

2001386 является светоделителем. Зеркала 1 и 3 образуют устойчивый открытый оптический резонатор. 5

Многоходовая оптическая система работает следующим образом. Световой пучок

4 вводится через окно 2 ввода - вывода в многоходовую оптическую систему и выходит обратно в виде светового пучка 5. Он может быть использован в качестве измерительного, так как его интенсивность зависит 10 от коэффициента поглощения среды между зеркалами 1 и 3, коэффициента отражения зеркала 1 и 3 и коэффициента ослабления среды между ними. Отраженные от внешней и внутренней поверхности окна свето- 15 вые пучки 6 и 7 могут быть использованы в качестве опорных. Геометрические параметры световых пучков 5, 6 и 7 одинаковы, что облегчает их дальнейшую обработку и 20 регистрацию и особенно важно при использовании двухлучевых схем регистрации, При использовании многоходовой оптической системы для определения коэффициента отражения зеркал целесообразно выполнить зеркало 1 вогнутым. Тогда иссле- 25 дуемое зеркало, устанавливаемое вместо

30 зеркала с окном в той же стороне, что и центр кривизны зеркала с окном, а внутренняя поверхность окна выполнена с такой кривизной, что оптическая сила окна равна нулю, 35 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что зер ало с окном для ввода и вывода излучения выполнено плоским.

Формула изобретения

1. МНОГОХОДО8АЯ ОГ!ТИ-IF CKAsl ГИС1 8 МА, содержащая два зеркала. расположенных на одной оптической оси, в одном из которых выполнено окно для ввода и вывода излу,чения, отличающаяся тем, что внешняя поверхность окна выполнена с кривизной, ! равной кривизне зеркала с окном, причем центр кривизны расположен относительно зеркала 3, может не только иметь различную кривизну, но н быть выпуклым. Для настройки многоходовой системы в этом случае необходимо лишь перемещенине зеркала 3 вдоль оси многоходовой системы, При этом не требуется особой юстировки исследуемого зеркала 3 по углу — пространственное положение всех трех световых пучков 5, 6 и 7 в настроенной многоходовой системе на любое число прохождений не зависит от угловой юстировки зеркала 3 и сохраняется неизменным. Оно определяется только углом падения исходного светового пучка 4 на зеркало 1, наклоном окна 2 и его клиновидностью в точке падения исходного пучка 4. (56) Авторское свидетельство СССР hk

1675825, кл. 6 02 В 17/00, 1989.

Бубличенко И.А., Лебедев А,В. Полевой газоанализатор на основе перестраиваемого СО2-лазера. // Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации: Тез.докл./ Всесоюэ.конф, Киев, 1991, с, 55.