RU2376617C2 - Hologram filter (versions) - Google Patents
Hologram filter (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2376617C2 RU2376617C2 RU2008105637/28A RU2008105637A RU2376617C2 RU 2376617 C2 RU2376617 C2 RU 2376617C2 RU 2008105637/28 A RU2008105637/28 A RU 2008105637/28A RU 2008105637 A RU2008105637 A RU 2008105637A RU 2376617 C2 RU2376617 C2 RU 2376617C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hologram
- filter
- radiation
- mirror
- reflective
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Holo Graphy (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к устройствам фильтрации оптического излучения и может быть использовано в спектральных приборах и датчиках различного назначения, а также для защиты органов зрения и фотоприемных устройств от лазерного излучения.The present invention relates to devices for filtering optical radiation and can be used in spectral devices and sensors for various purposes, as well as for protecting organs of vision and photodetection devices from laser radiation.
Известны полосовые интерференционные фильтры [см., например, Гайнутдинов И.С., Несмелов Е.А., Хайбуллин И.Б. Интерференционные покрытия для оптического приборостроения. "ФЭН", г.Казань, 2002 г., стр.2]. Интерференционный полосовой фильтр представляет собой систему слоев, толщина и коэффициент преломления которых подбираются так, чтобы обеспечить интерференционное ослабление излучения в области подавления и максимальную прозрачность в полосе пропускания.Known band-pass interference filters [see, for example, Gaynutdinov IS, Nesmelov EA, Khaibullin IB Interference coatings for optical instrumentation. "FEN", Kazan, 2002, p.2]. An interference bandpass filter is a system of layers whose thickness and refractive index are selected so as to provide interference attenuation of radiation in the suppression region and maximum transparency in the passband.
Недостатками этих фильтров являются сложность изготовления, жесткие требования к условиям эксплуатации.The disadvantages of these filters are the complexity of manufacturing, stringent requirements for operating conditions.
Известны комбинированные светофильтры из цветного стекла, например комбинированный светофильтр для выделения линий ртутного спектра [Каталог цветного стекла. «Машиностроение», г.Москва, 1967 г.]. Этот светофильтр состоит из двух или трех пластин цветного стекла, марка и толщина которых подбираются таким образом, чтобы обеспечить максимальное пропускание в спектральном интервале с полушириной >30 нм и максимальное подавление за пределами этого интервала.Known combined color glass filters, for example a combined color filter to highlight the lines of the mercury spectrum [Catalog of colored glass. "Engineering", Moscow, 1967]. This filter consists of two or three colored glass plates, the brand and thickness of which are selected in such a way as to ensure maximum transmission in the spectral range with a half width> 30 nm and maximum suppression outside this interval.
Недостатками этих фильтров являются большая ширина полосы пропускания, низкая лучевая прочность.The disadvantages of these filters are the large bandwidth, low radiation strength.
Наиболее близким по техническому решению является голограммный вырезающий фильтр [U.S. Patent 4, 965, 152. Holographic Notch filters / Keys et al. (23.10.90).]. Этот фильтр состоит из прозрачной подложки, покрытой прозрачной полимерной пленкой, содержащей отражательную голограмму.The closest in technical solution is a hologram cutting filter [U.S.
Недостатком прототипа является относительно большая спектральная полуширина полосы отражения, составляющая величину порядка 7-50 нм.The disadvantage of the prototype is the relatively large spectral half-width of the reflection band, amounting to about 7-50 nm.
Задачей изобретения является создание голограммного выделяющего фильтра с полушириной полосы пропускания порядка нескольких нанометров, с высоким коэффициентом пропускания в полосе пропускания и высоким коэффициентом ослабления в области подавления, с высокой лучевой прочностью, простого в изготовлении и эксплуатации за счет использования зависимости положения спектрального пика отражения отражательной голограммы от угла падения излучения на отражательную голограмму.The objective of the invention is to provide a hologram filter with a half-width of a passband of the order of several nanometers, with a high transmittance in the passband and a high attenuation coefficient in the suppression region, with high radiation resistance, easy to manufacture and operate due to the use of the dependence of the position of the reflection peak of the reflective hologram from the angle of incidence of radiation on a reflective hologram.
Поставленная цель достигается тем, что в голограммном фильтре, состоящем из прозрачной подложки, покрытой прозрачной полимерной пленкой, содержащей отражательную голограмму, и защитного слоя, прилегающего к прозрачной полимерной пленке, защитный слой выполнен в виде оптического клина, рабочая поверхность которого, за исключением окна для ввода излучения в тонкой части клина, покрыта отражающим слоем.This goal is achieved in that in the hologram filter, consisting of a transparent substrate coated with a transparent polymer film containing a reflective hologram, and a protective layer adjacent to the transparent polymer film, the protective layer is made in the form of an optical wedge, the working surface of which, with the exception of the window for input radiation in a thin part of the wedge, covered with a reflective layer.
Поставленная цель достигается тем, что в голограммном фильтре, состоящем из прозрачной подложки, покрытой прозрачной полимерной пленкой, содержащей отражательную голограмму, и защитного слоя, прилегающего к прозрачной полимерной пленке, дополнительно содержится зеркало, установленное напротив отражательной голограммы с возможностью изменения угла между зеркалом и отражательной голограммой.This goal is achieved by the fact that in the hologram filter, consisting of a transparent substrate coated with a transparent polymer film containing a reflective hologram, and a protective layer adjacent to the transparent polymer film, additionally contains a mirror mounted opposite the reflective hologram with the ability to change the angle between the mirror and reflective hologram.
Голограммный фильтр с оптическим клином представлен на фиг.1.A hologram filter with an optical wedge is shown in FIG.
Голограммный фильтр с зеркалом представлен на фиг.2.A hologram filter with a mirror is shown in FIG.
Ход лучей в голограммном фильтре с оптическим клином представлен на фиг.3.The ray path in a hologram filter with an optical wedge is shown in Fig.3.
Ход лучей в голограммном фильтре с зеркалом представлен на фиг.4.The ray path in a hologram filter with a mirror is shown in Fig.4.
Принцип работы голограммного фильтра с оптическим клином показан на фиг.5.The principle of operation of the hologram filter with an optical wedge is shown in Fig.5.
Принцип работы голограммного фильтра с зеркалом показан на фиг.5.The principle of operation of the hologram filter with a mirror is shown in Fig.5.
Экспериментальная кривая пропускания голограммного фильтра с оптическим клином представлена на фиг.6.The experimental transmission curve of the hologram filter with an optical wedge is presented in Fig.6.
Экспериментальная кривая пропускания голограммного фильтра с зеркалом представлена на фиг.7.The experimental transmission curve of the hologram filter with a mirror is shown in Fig.7.
Голограммный фильтр с оптическим клином состоит из прозрачной подложки 1, покрытой прозрачной полимерной пленкой, содержащей отражательную голограмму 2, и защитного слоя 3, прилегающего к прозрачной полимерной пленке, выполненного в виде оптического клина, рабочая поверхность которого, за исключением окна в узкой части клина, служащего для ввода излучения, покрыта отражающим слоем 4.The hologram filter with an optical wedge consists of a
Голограммный фильтр с зеркалом состоит из прозрачной подложки 1, покрытой прозрачной полимерной пленкой, содержащей отражательную голограмму 2, прозрачного защитного слоя 3, прилегающего к прозрачной полимерной пленке, и зеркала 4, установленного напротив отражательной голограммы с возможностью изменения угла между зеркалом и отражательной голограммой.The hologram filter with a mirror consists of a
Голограммный фильтр с оптическим клином работает следующим образом: пучок оптического излучения со сплошным спектром 5 проходит сквозь защитный слой 3, выполненный в виде оптического клина, и падает на отражательную голограмму 2. Отраженный от отражательной голограммы пучок 6 падает на покрытую отражающим слоем часть оптического клина 4 и, отразившись, проходит через ту же отражательную голограмму 2, но под бóльшим углом, затем проходит сквозь прозрачную подложку 1 и выходит из фильтра. В результате коротковолновая составляющая 8 излучения отражается от голограммы, а длинноволновая 9 выходит из оптического элемента. При определенном значении угла в вершине оптического клина и достаточной крутизне длинноволновой границы спектрального контура отражения голограммы можно получить на выходе спектральный пик прошедшего излучения со спектральной полушириной в несколько раз меньше, чем у прототипа (фиг.4). Возможен также и обратный ход лучей, когда излучение сначала падает на прозрачную подложку 1, а рабочий пучок выходит со стороны защитного слоя 3. Паразитный спектральный пик в коротковолновой области в случае необходимости может быть подавлен отрезающим фильтром или еще одной отражательной голограммой.A hologram filter with an optical wedge works as follows: a beam of optical radiation with a continuous spectrum of 5 passes through the
Голограммный фильтр с зеркалом работает следующим образом: пучок оптического излучения со сплошным спектром 5 проходит сквозь защитный слой 3 и падает на отражательную голограмму 2. Отраженный от отражательной голограммы пучок 6 падает на зеркало, установленное напротив отражательной голограммы с возможностью изменения угла между зеркалом и отражательной голограммой 4, и, отразившись, вновь проходит через защитный слой 3 и отражательную голограмму 2, но под бóльшим углом, затем проходит сквозь прозрачную подложку 1 и выходит из фильтра. В результате коротковолновая составляющая 8 излучения отражается от голограммы, а длинноволновая 9 выходит из фильтра. При определенном значении угла между отражательной голограммой и зеркалом и достаточной крутизне длинноволновой границы спектрального контура отражения голограммы можно получить на выходе спектральный пик прошедшего излучения со спектральной полушириной в несколько раз меньше, чем у прототипа (фиг.5). Возможен также и обратный ход лучей, когда излучение сначала падает на прозрачную подложку 1, а рабочий пучок выходит со стороны защитного слоя 3. Паразитный спектральный пик в коротковолновой области в случае необходимости может быть подавлен отрезающим фильтром или еще одной отражательной голограммой.A hologram filter with a mirror works as follows: a beam of optical radiation with a
Принцип работы голограммного фильтра с оптическим клином заключается в следующем: пучок света, со сплошным спектром проходя через отражательную голограмму, испытывает отражение в узком спектральном интервале (фиг.5,а). Положение спектрального пика отражения зависит от угла падения излучения на отражательную голограмму. С увеличением угла падения спектральный пик отражения голограммы смещается в коротковолновую область (фиг.5,б, в). В голограммном выделяющем фильтре происходит двойная фильтрация излучения. Сначала выделяется некоторая спектральная область путем отражения падающего излучения от отражательной голограммы, затем от этой области отрезается коротковолновая часть путем прохождения полученного пучка через ту же голограмму под бóльшим углом. В результате получается узкий спектральный пик, представленный на фиг.4.The principle of operation of a hologram filter with an optical wedge is as follows: a beam of light, with a continuous spectrum passing through a reflective hologram, is reflected in a narrow spectral range (Fig. 5, a). The position of the spectral reflection peak depends on the angle of incidence of the radiation on the reflective hologram. With increasing angle of incidence, the spectral reflection peak of the hologram shifts to the short-wavelength region (Fig. 5, b, c). In the hologram extraction filter, double radiation filtering occurs. First, a certain spectral region is distinguished by reflecting the incident radiation from the reflective hologram, then the short-wave part is cut off from this region by passing the resulting beam through the same hologram at a larger angle. The result is a narrow spectral peak, presented in figure 4.
Принцип работы голограммного фильтра с зеркалом заключается в следующем: пучок света, со сплошным спектром проходя через отражательную голограмму, испытывает отражение в узком спектральном интервале (фиг.5,а). Положение спектрального пика отражения зависит от угла падения излучения на отражательную голограмму. С увеличением угла падения спектральный пик отражения голограммы смещается в коротковолновую область (фиг.5,б, 5,в). В голограммном выделяющем фильтре происходит двойная фильтрация излучения. Сначала выделяется некоторая спектральная область путем отражения падающего излучения от отражательной голограммы, затем от этой области отрезается коротковолновая часть путем прохождения полученного пучка через ту же голограмму под бóльшим углом. В результате получается узкий спектральный пик, представленный на фиг.4.The principle of operation of a hologram filter with a mirror is as follows: a beam of light, with a continuous spectrum passing through a reflective hologram, is reflected in a narrow spectral range (Fig. 5, a). The position of the spectral reflection peak depends on the angle of incidence of the radiation on the reflective hologram. With increasing angle of incidence, the spectral reflection peak of the hologram shifts to the short-wavelength region (Fig. 5, b, 5, c). In the hologram extraction filter, double radiation filtering occurs. First, a certain spectral region is distinguished by reflecting the incident radiation from the reflective hologram, then the short-wave part is cut off from this region by passing the resulting beam through the same hologram at a larger angle. The result is a narrow spectral peak, presented in figure 4.
Для расчета габаритов клина и рабочих характеристик голограммного фильтра с оптическим клином введем следующие обозначения: do - ширина падающего пучка, α - угол в вершине оптического клина, n - коэффициент преломления материала оптического клина, φ - угол падения пучка на поверхность защитного элемента, ψ - угол преломления.To calculate the dimensions of the wedge and the operating characteristics of the hologram filter with an optical wedge, we introduce the following notation: d o is the width of the incident beam, α is the angle at the apex of the optical wedge, n is the refractive index of the material of the optical wedge, φ is the angle of incidence of the beam on the surface of the protective element, ψ - angle of refraction.
Тогда минимальная толщина оптического клина, при которой не происходит наложения падающего и отраженного пучков внутри оптического клина, определяется формулой:Then the minimum thickness of the optical wedge, at which the incident and reflected beams do not overlap inside the optical wedge, is determined by the formula:
где угол преломления на поверхности оптического клина определяется формулой:where the angle of refraction on the surface of the optical wedge is determined by the formula:
Толщина оптического клина при расчете оптической системы может быть увеличена из технологических соображений, т.е. возможно использование клина с произвольной толщиной х>xmin. Минимальная высота клина для данной толщины х и ширины пучка do:The thickness of the optical wedge in the calculation of the optical system can be increased for technological reasons, i.e. it is possible to use a wedge with an arbitrary thickness x> x min . Minimum wedge height for a given thickness x and beam width d o :
Минимальная протяженность отражающего покрытия, которое необходимо нанести на рабочую поверхность оптического клина:The minimum length of the reflective coating that must be applied to the working surface of the optical wedge:
Увеличение оптической системы определяется соотношением:The increase in the optical system is determined by the ratio:
При n>1 эта величина меньше единицы, т.е. происходит сужение пучка.For n> 1, this quantity is less than unity, i.e. narrowing of the beam occurs.
Отклонение луча от первоначального направления:Deviation of the beam from the original direction:
Δφ=arcsin(nsin(ψ+3α))-φ.Δφ = arcsin (nsin (ψ + 3α)) - φ.
Для расчета габаритов и рабочих характеристик голограммного фильтра с зеркалом введем следующие обозначения: do - ширина падающего пучка, α - угол между плоскостью голограммы и зеркалом, φ - угол падения пучка на поверхность голограммы.To calculate the dimensions and performance of a hologram filter with a mirror, we introduce the following notation: d o is the width of the incident beam, α is the angle between the plane of the hologram and the mirror, φ is the angle of incidence of the beam on the surface of the hologram.
Тогда минимальное расстояние между отражательной голограммой и точкой пересечения верхней границы падающего пучка (согласно фиг.2) с плоскостью, в которой лежит рабочая поверхность зеркала, при которой не происходит наложения падающего и отраженного пучков внутри устройства:Then the minimum distance between the reflective hologram and the point of intersection of the upper boundary of the incident beam (according to FIG. 2) with the plane in which the working surface of the mirror lies, at which the incident and reflected beams do not overlap inside the device:
Минимальная высота отражательной голограммы для данного расстояния х и ширины пучка do:The minimum height of the reflective hologram for a given distance x and beam width d o :
Минимальная протяженность зеркала:Minimum Mirror Length:
Увеличение оптической системы:The increase in the optical system:
G=1.G = 1.
Отклонение луча от первоначального направления:Deviation of the beam from the original direction:
Δφ=3α.Δφ = 3α.
Голограммный фильтр с оптическим клином может представлять собой склейку из отражательной голограммы и оптического клина, частично покрытого отражающим покрытием. Оптический клин обеспечивает изменение угла падения излучения на отражающий узкополосный фильтр при повторном прохождении и дополнительно выполняет функцию защитного стекла.A hologram filter with an optical wedge may be a gluing of a reflective hologram and an optical wedge partially coated with a reflective coating. An optical wedge provides a change in the angle of incidence of radiation on a reflective narrow-band filter during repeated passage and additionally serves as a protective glass.
Голограммный фильтр с зеркалом может представлять собой компактное устройство, снабженное поворотными и/или линейными подвижками, позволяющими изменять угол между голограммой и зеркалом. В зависимости от назначения фильтра возможны различные варианты конструкции. Например: голограмма и зеркало размещаются на платформе, причем один из элементов имеет вращательную подвижку; голограмма закреплена неподвижно, а зеркало имеет вращательную и линейную подвижку; голограмма и зеркало размещаются на двух штангах, закрепленных одним концом на общей оси вращения, и снабжаются вращательными подвижками и т.д.The hologram filter with a mirror can be a compact device equipped with rotary and / or linear motions, allowing you to change the angle between the hologram and the mirror. Various design options are possible depending on the purpose of the filter. For example: a hologram and a mirror are placed on the platform, and one of the elements has a rotational movement; the hologram is fixed motionless, and the mirror has a rotational and linear movement; the hologram and mirror are placed on two rods fixed at one end on a common axis of rotation, and are provided with rotational movements, etc.
Конструкция голограммного фильтра с оптическим клином позволяет получать узкие спектральные полосы оптического излучения, полуширина которых может быть в несколько раз меньше, чем у прототипа, при относительно высоком коэффициенте пропускания в полосе пропускания и высоком коэффициенте ослабления в области подавления.The design of a hologram filter with an optical wedge makes it possible to obtain narrow spectral bands of optical radiation, the half-width of which can be several times smaller than that of the prototype, with a relatively high transmittance in the passband and a high attenuation coefficient in the suppression region.
Конструкция голограммного фильтра с зеркалом позволяет получать узкие спектральные полосы оптического излучения, полуширина которых может быть в несколько раз меньше, чем у прототипа, при относительно высоком коэффициенте пропускания в полосе пропускания и высоком коэффициенте ослабления в области подавления, а также за счет изменения углов падения излучения на отражательную голограмму позволяет перестраивать рабочую длину волны и пропускание.The design of a hologram filter with a mirror allows one to obtain narrow spectral bands of optical radiation, the half-width of which can be several times smaller than that of the prototype, with a relatively high transmittance in the passband and a high attenuation coefficient in the suppression region, as well as by changing the angles of incidence of radiation on a reflective hologram allows you to rebuild the working wavelength and transmission.
Конструкция голограммного фильтра с оптическим клином обеспечивает высокую лучевую прочность за счет использования материалов слабо поглощающих в заданном диапазоне длин волн. Голограммный выделяющий фильтр может использоваться как в лабораторных, так и в полевых условиях, поскольку не теряет своих свойств в широком диапазоне температур и влажности. Изготовление компонентов и сборка оптического элемента не представляют технологических трудностей для оптического производства.The design of a hologram filter with an optical wedge provides high radiation strength through the use of materials that are weakly absorbing in a given wavelength range. The hologram filter can be used both in the laboratory and in the field, as it does not lose its properties over a wide range of temperatures and humidity. The manufacture of components and the assembly of an optical element do not represent technological difficulties for optical production.
Конструкция голограммного фильтра с зеркалом обеспечивает высокую лучевую прочность за счет использования материалов слабо поглощающих в заданном диапазоне длин волн. Голограммный выделяющий фильтр может использоваться преимущественно в лабораторных условиях. Изготовление компонентов и сборка устройства не представляют технологических трудностей для оптического производства.The design of a hologram filter with a mirror provides high radiation strength through the use of materials that are weakly absorbing in a given wavelength range. The hologram filter can be used primarily in the laboratory. The manufacture of components and the assembly of the device do not represent technological difficulties for optical production.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008105637/28A RU2376617C2 (en) | 2008-02-13 | 2008-02-13 | Hologram filter (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008105637/28A RU2376617C2 (en) | 2008-02-13 | 2008-02-13 | Hologram filter (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008105637A RU2008105637A (en) | 2009-08-20 |
| RU2376617C2 true RU2376617C2 (en) | 2009-12-20 |
Family
ID=41150744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008105637/28A RU2376617C2 (en) | 2008-02-13 | 2008-02-13 | Hologram filter (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2376617C2 (en) |
-
2008
- 2008-02-13 RU RU2008105637/28A patent/RU2376617C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008105637A (en) | 2009-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5400174A (en) | Optical notch or minus filter | |
| CN110412672B (en) | All-dielectric angle-insensitive super-surface transmission type long-wave-pass optical filter with visible light and near-infrared wave bands and preparation method thereof | |
| EP0442206A2 (en) | Holographic filter | |
| US7319560B2 (en) | Partitioned-cavity tunable fabry-perot filter | |
| JP7099786B2 (en) | Methods of Changing the First Reflection Band of Optical Laminates, Optical Systems, and Oriented Polymer Multilayer Optical Films | |
| GB2054195A (en) | Colour Selective Directional Mirrors | |
| CN109564323A (en) | Optical filter and the Optical devices for using it | |
| EP2848968A1 (en) | Mid-infrared bandpass interference filter and external cavity laser unit incorporating same | |
| JP2009512906A (en) | Volume phase holographic grating optimized for the ultraviolet spectral region. | |
| JP3032712B2 (en) | Phase grating | |
| Butt et al. | Multilayer dielectric stack notch filter for 450-700 nm wavelength spectrum | |
| JP4749789B2 (en) | Transmission type diffractive optical element | |
| RU2376617C2 (en) | Hologram filter (versions) | |
| US9081150B2 (en) | Rayleigh reflectors and applications thereof | |
| JP6836428B2 (en) | Spectral filter and spectrophotometer | |
| RU181381U1 (en) | Device for filtering the spectra of optical signals | |
| US20100208348A1 (en) | Tunable spectral filtration device | |
| HU188519B (en) | Interference mirror of high reflection for several spectrum band | |
| JP7145086B2 (en) | Incident angle limitation for optical filters | |
| Masso | Multilayer thin film simulation of volume holograms | |
| RU2650750C1 (en) | Narrow-band filter | |
| CN114325910B (en) | Step characteristic passband narrowband optical filter | |
| SU1748112A1 (en) | Interference filter | |
| CA2960643A1 (en) | Optical bandpass filter, polarizer and multiplexer | |
| JP7307978B2 (en) | Filter, manufacturing method thereof, display device and color powder |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100214 |