Устройство для управления поляризацией излучения

 

Использование: оптика, для управляемого преобразования линейно поляризованного излучения. Сущность изобретения: устройство содержит корпус 1, внутри размещены входной 2 и выходной 3 оптические элементы, закрепленные на юстировочных узлах 4 и 5, промежуточное зеркало 6, присоединенное к корпусу через пьезокерамический элемент 7. Входной и выходной элементы устройства представляют собой диэлектрические пластинки. Корпус устройства установлен так, что ось его вращения совпадает с осями входного и выходного пучков. Диэлектрические пластинки установлены так, что нормали к обеим пластинкам и к промежуточному зеркалу лежат в одной плоскости. Угол между нормалями к пластинкам и направлением входного и выходного пучков равен углу Брюстера. Положительный эффект: устройство позволяет осуществлять не только вращение плоскости поляризации линейно поляризованного излучения, но и преобразователь линейно поляризованное излучение в эллиптически поляризованное с управляемыми параметрами. 1 ил.

Изобретение относится к оптике и может быть использовано для управляемого преобразования линейно поляризованного излучения.

Известен способ вращения плоскости поляризации с помощью трех отражающих зеркал, приведены формулы для расчета поляризационных параметров выходного излучения.

Известно также устройство для управления плоскостью поляризации, состоящее из трех металлических зеркал, расположенных в корпусе так, что нормали к плоскостям этих зеркал лежат в одной плоскости.

Однако функциональные возможности известного устройства ограничены. В ряде поляриметрических приборов необходимо не только вращать плоскость поляризации линейно поляризованного излучения, но и преобразователь линейно поляризованное излучение в излучение с эллиптической поляризацией и наоборот, что не обеспечивается известной конструкцией устройства.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.

Цель достигается тем, что в устройство для управления поляризацией излучения, содержащем входной и выходной оптические элементы и промежуточное зеркало, закрепленные в корпусе, установленном с возможностью вращения вокруг оптической оси устройства, проходящей через входной и выходной оптические элементы, причем оптические элементы и промежуточное зеркало установлены так, что нормали к их плоскостям лежат в одной плоскости с оптической осью устройства, согласно изобретению, входной и выходной оптические элементы выполнены в виде диэлектрических пластин, расположенных под углом Брюстера к оптической оси устройства, а промежуточное зеркало установлено на пьезокерамическом элементе, прикрепленном к корпусу.

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит корпус 1, выполненный, например, в виде полого цилиндра, внутри которого размещены входной 2 и выходной 3 оптические элементы, закрепленные на юстировочных узлах 4 и 5, а также промежуточное зеркало 6, присоединенное к корпусу 1 через пьезокерамический элемент 7. Входной 2 и выходной 3 элементы представляют собой диэлектрические пластинки, например, выполненные из германия, промежуточное зеркало 6 - из меди либо цельным, либо в виде медной пленки, нанесенной на подложку. Корпус 1 установ- лен с возможностью вращения вокруг оптической оси устройства, проходящей через входной 2 и выходной 3 оптические элементы. Оптические элементы 2, 3 и промежуточное зеркало 6 установлены так, что нормали к их плоскостям лежат в одной плоскости с оптической осью устройства. Входной и выходной оптические элементы, выполнены в виде диэлектрических пластин, расположены под углом Брюстера к оптической оси устройства.

Устройство работает следующим образом.

На вход устройства подается линейно поляризованное излучение. Если плоскость падения устройства повернута относительно плоскости поляризации входного излучения на угол α, то вектор напряженности электрического поля входного излучения можно разложить на две составляющие, параллельную и перпендикулярную плоскости падения: Е_вх∥ = Е_вх cos α E_вх⊥ = E_вх sin α Отражение от входного 2 и выходного 3 элементов в виде диэлектрических пластин для параллельной составляющей в соответствии с формулами Френеля в пренебрежении поглощением будет равно нулю. Поэтому отражается только перпендикулярная составляющая. В выходном излучении эта составляющая напряженности поля будет равна E_вых⊥ = R_n⊥²R_⊥E_вхsinα , (1) где R_п⊥ - коэффициент отражения по полю от пластины. Для пластинки на длине волны 10,6 мкм из германия он равен 0,88; R_з⊥ - коэффициент отражения от промежуточного зеркала. Для металлического зеркала он близок к единице.

При прохождении через пластинки перпендикулярная составляющая сильно ослабляется из-за отражения на гранях пластинок и ею можно пренебречь. Так, для пластинок из германия интенсивность перпендикулярной составляющей в выходном излучении на длине волны 10,6 мкм составляет 0,2% от интенсивности параллельной составляющей. Параллельная составляющая напряженности поля в выходном излучении равна E_вых∥ = T²_п∥ E_вх cosα, (2) где T_п∥ - коэффициент пропускания пластинки, обусловленный поглощением. Для германиевой пластинки толщиной 2 мм коэффициент пропускания на длине волны 10,6 мкм порядка 0,8.

Таким образом на выходе устройства складываются две волны, у которых векторы напряженности электрического поля ориентированы взаимно перпендикулярно. Амплитуды этих волн определяются выражениями (1) и (2), а разность фаз определяется фазами коэффициентов отражения оптических элементов и оптической разностью хода.

Подавая напряжение на пьезокерамический элемент 7, изменяют разность хода и тем самым меняют разность фаз между взаимно перпендикулярными составляющими напряженности электрического поля выходного излучения. Изменяя угол α , можно в соответствии с формулами (1) и (2) варьировать отношение величин этих напряженностей. Таким образом управляют параметрами эллиптически поляризованного выходного излучения.

Например, устанавливая разность фаз, равную ±π/2, получим эллипс поляризации, у которого большая и малая полуоси расположены соответственно в плоскости падения и перпендикулярно ей. При вращении устройства эллипс поворачивается и меняется соотношение его осей. Можно подобрать такой угол α, при котором E_вых⊥= E_вых∥ . В этом случае устройство преобразует линейно поляризованную волну в волну, поляризованную по кругу. При установлении разности фаз, равной π, устройство формирует линейно поляризованную волну, у которой вектор напряженности повернут относительно исходного на угол α+arctg tg Таким образом, расширяются функциональные возможности устройства за счет осуществления не только вращения плоскости поляризации линейно поляризованного излучения, но и преобразования линейно поляризованного излучения в эллиптически поляризованное с управляемыми параметрами. (56) Applied Optics, 1988, v. 27, N 14, рр. 774-776.

Авторское свидетельство СССР N 1394195, кл. G 02 F 1/01, 1983.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее входной и выходной оптические элементы и промежуточное зеркало, закрепленные в корпусе, установленном с возможностью вращения вокруг оптической оси устройства, проходящей через входной и выходной оптические элементы, причем оптические элементы и промежуточное зеркало установлены так, что нормали к их плоскостям лежат в одной плсокости с оптической осью устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, входной и выходной оптические элементы выполнены в виде диэлектрических пластин, расположенных под углом Брюстера к оптической оси устройства, а промежуточное зеркало установлено на пьезокерамическом элементе, прикрепленном к корпусу.

РИСУНКИ

Рисунок 1