RU2701186C1

RU2701186C1 - Selective mirror

Info

Publication number: RU2701186C1
Application number: RU2018100317A
Authority: RU
Inventors: Сергей Анатольевич Стрельцов; Леонид Аркадьевич Борыняк
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2019-09-25

Abstract

FIELD: optics.

SUBSTANCE: invention relates to the field of optical instrument-making, multilayered optical filters, elements of quantum electronics and can be used for protection against blinding radiation, narrow-band filtration of optical radiation, creation of mirror elements with controlled coefficient of reflection and transmission, and so forth. Selective mirror comprises alternating layers of dielectric with large and smaller refraction coefficients, obtained by recording in photopolymer counter coherent, equal in intensity to radiation monochromated to the required level. It includes a hologram in which alternating dielectric layers with larger and smaller refraction coefficients are formed, which is recorded according to the Denisyuk scheme in opposite beams on low-molecular liquid crystals, enclosed in polymer matrix, main and additional piezoelectric elements connected to alternating voltage source, stop. On the additional piezoelectric element there fixed is a hologram recorded on low-molecular liquid crystals, enclosed in a polymer matrix, the hologram is placed between glass substrates coated with transparent electrodes and is a layered structure parallel to the plane of electrodes, one surface of which is fixed by means of a stop relative to the substrate with transparent electrodes.

EFFECT: technical result is providing narrow-band filtration of optical signal, high modulation depth.

1 cl, 2 dwg

Description

Однако указанное устройство обеспечивает только статическую селекцию оптических сигналов по длинам волн, имеет ограниченную апертуру, поскольку изготавливается непосредственно на сколе оптического волокна, имеет ограниченные возможности слоев избирательной части зеркала, за счет небольшого диапазона изменения показателей преломления слоев.However, this device provides only static selection of optical signals by wavelengths, has a limited aperture, since it is made directly on the cleaved optical fiber, has limited possibilities of the layers of the selective part of the mirror, due to the small range of variation of the refractive indices of the layers.

Наиболее близким по технической сущности и выбранным в качестве прототипа является "Устройство спектральной фильтрации диффузного излучения", патент РФ 2511036, где представлена технология формирования чередующихся слоев диэлектрика с большими и меньшими коэффициентами преломления посредством регистрации в фотополимере встречным, когерентным, равным по интенсивности излучением, монохроматизированным до необходимого уровня. Образовавшаяся во встречных пучках световой волны структура формирует посредством экспозиции периодический по коэффициенту показателя преломления интерференционный фильтр.The closest in technical essence and selected as a prototype is the "Device for spectral filtering of diffuse radiation", RF patent 2511036, which presents the technology for the formation of alternating layers of dielectric with large and lower refractive indices by registering in the photopolymer counter, coherent, equal in intensity radiation, monochromatic to the required level. The structure formed in the opposing beams of the light wave forms an interference filter periodic in the coefficient of refractive index through exposure.

Недостатком этого аналога является ограниченные технические характеристики, заключающиеся в их статических параметрах, большом затухании падающего излучения, пассивная селекция оптических сигналов.The disadvantage of this analogue is the limited technical characteristics, consisting in their static parameters, large attenuation of the incident radiation, passive selection of optical signals.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является обеспечение динамической узкополосной фильтрации оптического сигнала по амплитуде, фазе, частоте, обеспечение высокой глубины модуляции с достижением 100% отражения света зеркалом, увеличение апертуры устройства.The objective (technical result) of the present invention is to provide dynamic narrow-band filtering of an optical signal by amplitude, phase, frequency, providing a high modulation depth with achieving 100% reflection of light by a mirror, increasing the aperture of the device.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство спектральной фильтрации диффузного излучения введены: голограмма, в которой сформированы чередующиеся слои диэлектрика с большими и меньшими коэффициентами преломления, зарегистрированная по схеме Ю.Н. Денисюка во встречных пучках на низкомолекулярных жидких кристаллах, заключенных в полимерную матрицу, основной и дополнительный пьезоэлементы подключенные к источнику переменного напряжения, упор, на дополнительном пьезоэлементе закреплена голограмма, зарегистрированная на низкомолекулярных жидких кристаллах, заключенных в полимерную матрицу, голограмма расположена между стеклянными подложками с нанесенными на них прозрачными электродами и представляет собой слоистую структуру параллельную плоскости электродов, одна поверхность которой посредством упора зафиксирована относительно подложки с прозрачными электродами.The problem is achieved by the fact that the following is introduced into the spectral filtering device for diffuse radiation: a hologram in which alternating layers of a dielectric are formed with large and lower refractive indices, registered according to the scheme of Yu.N. Denisyuk in the opposing beams on low molecular weight liquid crystals enclosed in a polymer matrix, the main and additional piezoelectric elements connected to an alternating voltage source, emphasis, a hologram is fixed on the additional piezoelectric element recorded on low molecular weight liquid crystals enclosed in a polymer matrix, the hologram is located between glass substrates on them with transparent electrodes and is a layered structure parallel to the plane of the electrodes, one surface which by means of an abutment is fixed relative to a substrate with transparent electrodes.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого селективного зеркала, на фиг. 2 представлена схема регистрации голограммы.In FIG. 1 shows a diagram of the proposed selective mirror, FIG. 2 shows a hologram registration scheme.

Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит: 1 - стеклянные подложки, 2 - прозрачные электроды, 3 - основной пьезоэлемент для регулирования положения стеклянных подложек с прозрачными электродами, 4 - дополнительный пьезоэлемент для механического воздействия на толщину голограммы, 5 - стеклянные подложки голограммы, с нанесенными на них прозрачными электродами, 6 - голограмма со слоистой структурой, записанная во встречных пучках по схеме Ю.Н. Денисюка на низкомолекулярных нематических жидких кристаллах, заключенных в полимерную матрицу, представляющая собой чередующиеся слои диэлектрика с большими и меньшими коэффициентами преломления как было показано в [1], 7 - упор, фиксирующий одну плоскость голограммы относительно стеклянной подложки 1 с прозрачными электродами для обеспечения механического сжатия или растяжения толщины голограммы, зеркальное покрытие 8. На фиг. 2 представлена схема регистрации голограммы - основного элемента селективного зеркала с перестраиваемой полосой пропускания. Это голограмма со слоистой структурой, записанной во встречных пучках по схеме Ю.Н. Денисюка на низкомолекулярных нематических жидких кристаллах, заключенных в полимерную матрицу. При голографической записи по схеме Ю.Н. Денисюка излучение лазера для записи голограммы 9 проходит через стеклянные подложки голограммы, с нанесенными на них прозрачными электродами 5, область голограммы, в которой находится предполимерная композиция 10, отражается зеркальным покрытием 11, нанесенным на плоскую стеклянную пластину 12 в виде излучения 13. В области 10 образуется стационарное интерференционное поле как в липмановской фотографии, которое регистрируется в виде пространственно - периодической структуры, формируемой в результате процесса пространственно - неоднородной фотополимеризации предполимерной композиции. В результате возникают чередующиеся слои диэлектрика с большими (богатыми капсулами нематического жидкого кристалла) 14 и меньшими (богатыми полимером) коэффициентами преломления. Плоскости пространственной структуры 14 параллельны плоскости зеркального покрытия 11 когда излучение 9 и 13 интерферируют в области голограммы 10.The proposed device (Fig. 1) contains: 1 - glass substrates, 2 - transparent electrodes, 3 - the main piezoelectric element for regulating the position of glass substrates with transparent electrodes, 4 - an additional piezoelectric element for mechanical action on the thickness of the hologram, 5 - glass hologram substrates, s transparent electrodes deposited on them, 6 — a hologram with a layered structure recorded in oncoming beams according to the scheme of Yu.N. Denisyuk on low molecular weight nematic liquid crystals enclosed in a polymer matrix, which consists of alternating dielectric layers with higher and lower refractive indices as was shown in [1], 7 is an emphasis fixing one plane of the hologram relative to the glass substrate 1 with transparent electrodes to ensure mechanical compression or stretching the thickness of the hologram, mirror coating 8. In FIG. Figure 2 shows the registration scheme of a hologram - the main element of a selective mirror with a tunable passband. This is a hologram with a layered structure recorded in oncoming beams according to the scheme of Yu.N. Denisyuk on low molecular weight nematic liquid crystals enclosed in a polymer matrix. When holographic recording according to the scheme of Yu.N. Denisyuk the laser radiation for recording the hologram 9 passes through the glass substrates of the hologram, with transparent electrodes 5 deposited on them, the hologram region in which the prepolymer composition 10 is located is reflected by a mirror coating 11 deposited on a flat glass plate 12 in the form of radiation 13. In the region 10 a stationary interference field is formed as in a Lipman photograph, which is recorded as a spatially periodic structure, which is spatially inhomogeneous formed as a result of the process th photopolymerization of the prepolymer composition. As a result, alternating dielectric layers arise with large (rich capsules of a nematic liquid crystal) 14 and lower (polymer-rich) refractive indices. The planes of the spatial structure 14 are parallel to the planes of the mirror coating 11 when radiation 9 and 13 interfere in the region of the hologram 10.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Излучение, попадающее на селективное зеркало проходит, прозрачную стеклянную подложку 1, прозрачные электроды 2, стеклянные подложки голограммы, закрепленной на дополнительном пьезоэлементе 4, с нанесенными на них прозрачными электродами 5, саму голограмму 6, отражается от зеркального покрытия 8 нижней подложки. Слоистая структура голограммы аналогична слоистой структуре диэлектрических покрытий поверхности лазерных зеркал, чем обеспечивается фильтрация спектра падающего излучения и достигается узкая полоса пропускания излучения, обеспечивающая высокую разрешающую способность. Динамическая фильтрация осуществляется посредством механического сжатия или растяжения толщины голограммы дополнительным пьезоэлементом 4. Одна поверхность голограммы посредством упора 7 зафиксирована относительно стеклянной подложки 1 с прозрачными электродами 2 для обеспечения механического сжатия или растяжения толщины голограммы. Пьезоэлементы 3 подключены к источнику переменного напряжения, дополнительный пьезоэлемент 4 управляется ЭВМ. Апертура зеркала определяется диаметром элементов 1 и 5. Частота модуляции излучения определяется частотой колебания пьезоэлементов. За счет изменения расстояния между интерференционными слоями голограммы при механическом сжатии или растяжении толщины голограммы дополнительным пьезоэлементом реализуется 100% отражение излучения. Слоистая структура голограммы аналогична слоистой структуре диэлектрических покрытий поверхности лазерных зеркал, чем обеспечивается фильтрация спектра падающего излучения по амплитуде, фазе и частоте и достигается узкая полоса отраженного излучения.The proposed device operates as follows. The radiation incident on the selective mirror passes through a transparent glass substrate 1, transparent electrodes 2, glass substrates of a hologram mounted on an additional piezoelectric element 4, with transparent electrodes 5 deposited on them, the hologram 6 itself is reflected from the mirror coating 8 of the lower substrate. The layered structure of the hologram is similar to the layered structure of the dielectric coatings on the surface of laser mirrors, thereby filtering the spectrum of the incident radiation and achieving a narrow radiation passband providing high resolution. Dynamic filtering is carried out by mechanical compression or extension of the hologram thickness by an additional piezoelectric element 4. One hologram surface by means of an abutment 7 is fixed relative to the glass substrate 1 with transparent electrodes 2 to provide mechanical compression or extension of the hologram thickness. Piezoelectric elements 3 are connected to an AC voltage source, an additional piezoelectric element 4 is controlled by a computer. The aperture of the mirror is determined by the diameter of elements 1 and 5. The frequency of the modulation of radiation is determined by the frequency of oscillation of the piezoelectric elements. Due to a change in the distance between the interference layers of the hologram during mechanical compression or extension of the thickness of the hologram, an additional piezoelectric element realizes 100% reflection of radiation. The layered structure of the hologram is similar to the layered structure of the dielectric coatings of the surface of laser mirrors, thereby filtering the spectrum of the incident radiation in amplitude, phase and frequency and achieving a narrow band of reflected radiation.

Таким образом, подтверждается возможность решения поставленной задачи: создание селективного зеркала обеспечивающего высокую узкополосную фиксацию оптического сигнала по амплитуде, фазе, частоте, обеспечение высокой глубины модуляции с достижением 100% отражения света зеркалом за счет изменения расстояния между интерференционными слоями голограммы при механическом сжатии или растяжении голограммы, увеличение апертуры устройства.Thus, the possibility of solving the stated problem is confirmed: the creation of a selective mirror providing high narrow-band fixation of the optical signal in amplitude, phase, frequency, ensuring a high modulation depth with 100% reflection of light by the mirror by changing the distance between the interference layers of the hologram during mechanical compression or extension of the hologram increasing the aperture of the device.

Литература:Literature:

1. Стрельцов С.А. Спектральные характеристики отражательных голограмм, сформированных в жидкокристаллических композитах // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2015. - Т. 58. - №5. - С. 71-76.1. Streltsov S.A. Spectral characteristics of reflective holograms formed in liquid crystal composites // News of Higher Educational Institutions. Physics. - 2015. - T. 58. - No. 5. - S. 71-76.

Claims

A selective mirror containing alternating dielectric layers with higher and lower refractive indices, obtained by recording in the photopolymer counter-coherent, equal in intensity radiation, monochromatized to the required level, characterized in that it contains: a hologram in which alternating dielectric layers with large and lower refractive indices, registered according to the scheme of Yu.N. Denisyuk in the opposing beams on low molecular weight liquid crystals enclosed in a polymer matrix, the main and additional piezoelectric elements connected to an alternating voltage source, emphasis, while a hologram registered on low molecular weight liquid crystals enclosed in a polymer matrix is fixed to an additional piezoelectric element, the hologram is located between the glass substrates coated with transparent electrodes and is a layered structure parallel to the plane of the electrodes, one the surface of which by means of an abutment is fixed relative to the substrate with transparent electrodes.