Поляризатор излучения света в ближней ИК-области спектра

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПОЛЯРИЗАТОР ИЗЛУЧЕНИЯ СВЕТА В БЛИЖНЕЙ ИК ОБЛАСТИ СПЕКТРА(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Трухан Владимир МихайловичШелег Александр Устинович Фекешгази Иштван ВинцеевичШлковая Татьяна Васильевна(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Поляризатор излучения света в ближней ИК области спектра, содержащий соединенные между собой гипотенузными гранями через тонкий прозрачный слой две прямоугольные призмы, выполненные из оптически прозрачного материала, отличающийся тем, что указанные призмы соединены склеиванием и выполнены из дифосфида кадмия тетрагональной модификации с обеспечением угла полного внутреннего отражения для длин волн 1-8 мкм в диапазоне от 1848 до 2037 для обыкновенного луча и в диапазоне от 1929 до 2032 для необыкновенного луча. 16496 1 2012.10.30 Изобретение относится к оптике, а более конкретно к устройствам для получения поляризованного света путем использования особенности преломления света на границе анизотропной среды. Известен поляризатор света, выполненный в виде соединенных между собой прямоугольного параллелепипеда и направляющей призмы, причем параллелепипед имеет три усеченных угла в форме призм, равнобедренные треугольные основания которых принадлежат взаимно перпендикулярным сторонам параллелепипеда, а одна из боковых граней каждой призмы является секущей плоскостью, которая формирует одну из трех рабочих поверхностей поляризатора 1. К недостаткам указанного устройства относится сложность изготовления поляризатора. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является поляризатор излучения света, который содержит систему полых пространственноразнесенных линз, изготовленных из двулучепреломляющего вещества с подачей в систему оптически прозрачного охлаждающего реагента и систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения. Указанный поляризатор содержит и систему формирователей направленности лучей, и систему пространственносогласующих вращателей поляризационных составляющих излучения 2. К недостаткам поляризатора относятся сложность выполнения полых линз и необходимость прокачки прозрачного охлаждающего реагента из-за поляризации света в широком диапазоне спектра. Задача настоящего изобретения состоит в расширении диапазона кристаллов, применяемых для поляризации излучения в ИК области спектра в диапазоне 1-8 мкм при относительной простоте конструкторско-технологического изготовления поляризатора. Поставленная задача решается тем, что поляризатор излучения света в ближней ИК области спектра, содержащий соединенные между собой гипотенузными гранями через тонкий прозрачный слой две прямоугольные призмы, выполненные из оптически прозрачного материала, причем указанные призмы соединены склеиванием и выполнены из дифосфида кадмия тетрагональной модификации с обеспечением угла полного внутреннего отражения для длин волн 1-8 мкм в диапазоне от 1848 до 2037 для обыкновенного луча и в диапазоне 1929 до 2032 для необыкновенного луча. Сущность изобретения состоит в следующем. В предлагаемом поляризаторе в качестве двулучепреломляющего вещества используется гиротропный монокристалл дифосфида кадмия тетрагональной модификации, у которого показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей различны (03,4225,3,2814 при комнатной температуре и излучении длиной волны 0,6328 мкм). Принцип работы оптических элементов поляризаторов световых потоков, в том числе и на основе гиротропных монокристаллов дифосфида кадмия тетрагональной модификации, базируется на использовании явления полного внутреннего отражения света от границы раздела сред с различными показателями преломления. При углах падения света на границу раздела больших, чем значение угла полного внутреннего отражения, световые потоки не пронизывают границу раздела высоко (низко) преломляющих сред. Для расчета значений углов полного внутреннего отражения необходимо определить зависимость показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей (0, ) от длины волны, значения которых приведены в табл. 1 3 и показаны на фиг. 1. 16496 1 2012.10.30 Таблица 1 Зависимость показателей преломления и пропускания (Т 0, Т) для обыкновенной и необыкновенной волн в монокристаллах 2 от длины волны Длина волны, 1,0 1,2 1,3 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 6,0 7,0 8,0 мкм 0 3,100 3,047 3,030 3,010 2,973 2,960 2,947 2,943 2,940 2,937 2,935 2,930 2,920 2,920 0 0,738 0,742 0,744 0,748 0,751 0,753 0,754 0,755 0,756 0,757 0,758 0,759 0,760 0,761 е 3,000 2,960 2,940 2,920 2,900 2,890 2,880 2,870 2,873 2,868 2,863 2,858 2,853 2,848 е 0,751 0,756 0,758 0,760 0,761 0,762 0,763 0,764 0,765 0,766 0,767 0,768 0,769 0,770 Из приведенных в табл. 1 и на фиг. 1 сравнительных характеристик показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей видно, что применение гиротропных монокристаллов дифосфида кадмия тетрагональной модификации расширяет диапазон материалов, используемых дляполяризации света в ближней ИК области спектра (1-8 мкм). Для создания оптического поляризатора необходимо рассчитать угол полного отражения для обыкновенного и необыкновенного лучей и угол рассечения плоскостью параллелепипеда. Пример конкретного выполнения. Оптические элементы поляризаторов из монокристаллов дифосфида кадмия тетрагональной модификации изготовлялись в виде параллелепипедов с ориентацией ребер параллельно кристаллографическим осям ,и(фиг. 3). Поскольку для одноосных кристаллов дифосфида кадмия тетрагональной сингонии показатели преломления 0 равны по величине, т.е. эквивалентными являются направленияираспространения световых потоков, то это обуславливает возможность реализации двух вариантов разреза параллелепипеда плоскостями, ориентированными под угломполного внутреннего отражения. Так, для направления распространения световых потоков- это плоскость, которая опирается на реброи образует уголс кристаллографической плоскостью , а для- это плоскость, которая опирается на ребро ХО и образует уголс кристаллографической плоскостью . Из анализа зависимостей показателей преломления (0, ) и пропускания (0, ) образцов от длины волны (табл. 1) определены значения углов полного внутреннего отражения для ряда длин волн, которые приведены в табл. 2. Таблица 2 Значения углов полного внутреннего отражения Длина волны, мкм 1,0 2,0 4,0 6,0 8,0 Показатель преломления, 0 3,100 2,973 2,94 2,93 2,92 Синус угла полного внутреннего отражения 0,3226 0,336 0,340 0,3413 0,3425 Угол полного внутреннего отражения 1848 1937 1953 1958 2037 Показатель преломления,3,000 2,91 2,876 2,86 2,85 Синус угла полного внутреннего отражения 0,3333 0,346 0,3477 0,3378 0,3508 Угол полного внутреннего отражения 1929 2009 2018 2029 2032 Для приведенной на фиг. 4 ориентации призмы значения угла полного внутреннего отражения для 2 равны соответственно 1937 и 2009 для длины волны 2,0 мкм. Для получения макета оптического элемента поляризатора параллелепипеды из дифосфида кадмия разрезали плоскостью, которая проходит через реброи образует с плоскостьюугол 1953, что является средним значением указанных выше углов полного внутреннего отражения для длины волны 2,0 мкм. Плоскость (001) параллелепипеда, а затем и образовавшихся после резки гипотенузных поверхностей полируется, и на них наносят просветляющее покрытие согласно патенту 4. Отшлифованные половины призм с просветляющим покрытием склеиваются в 3 16496 1 2012.10.30 прежнем положении эпоксидной смолой, образующей между ними тонкий прозрачный слой толщиной 0,1 мм. На границе двух призм необыкновенный луч устраняется за счет полного отражения, а обыкновенный проходит через границу двух призм, т.е. на выходе получаем поляризованный свет. На фиг. 1 приведена зависимость показателей преломления от длины волны гиротропных монокристаллов дифосфида кадмия тетрагональной модификации 2 для . На фиг. 2 приведена спектральная зависимость пропускания дляи(Еа) (1) или(а) (2) гиротропных монокристаллов дифосфида кадмия тетрагональной модификации 2. На фиг. 3 приведен ориентированный параллелепипед из монокристалла дифосфида кадмия. На фиг. 4 приведена схематическая структура оптических элементов поляризаторов. Характеристики изготовленного поляризатора, снятые при помощи инфракрасного спектрометра ИКС-12 1) диапазон поляризации света 1-8 мкм 2) степень поляризации 903) потери на излучение 54) отклонение исходного луча относительно входного не более 7 5) максимально допустимая мощность лазерного излучения 40 МВт/см 2. Преимущество заявленного поляризатора состоит в расширении диапазона кристаллов, применяемых для поляризации излучения в ИК области спектра в диапазоне 1-8 мкм при относительной простоте конструкторско-технологического изготовления поляризатора. Источники информации 1. Заявка РФ на изобретение 2006128309, 2008. 2. Заявка РФ на изобретение 2006106662/28, 2008. 3. Сиденко Т.С., Фекешгази И.В., Голякевич Т.В., Трухан В.М., Шелег А.У. Дисперсия показателей преломления и спектры пропускания излучения, распространяющегося вдоль кристаллографических осей гиротропных кристаллов 2. Актуальные проблемы физики твердого тела сб. докл. междунар. науч. конф. ФТТ-2007. - Минск, 23-26 октября 2007 г. В 3 т. / Редкол. Н.М Олехнович (пред.) и др. - Минск Издат. центр БГУ, 2007. Т. 3. - С. 13-15. 4. Птент РБ 10304, МПК 802 В 1/10,02 В 5/28, 2008. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5