SU1103049A1

SU1103049A1 - Method of manufacturing light radiation concentrator by means of holographic technique

Info

Publication number: SU1103049A1
Application number: SU803211501A
Authority: SU
Inventors: Виктор Восканович Афян; Альберт Вартанович Вартанян; Рубен Гегамович Мартиросян; Станислав Васильевич Рябиков; Дмитрий Семенович Стребков
Priority date: 1980-12-12
Filing date: 1980-12-12
Publication date: 1984-07-15

Abstract

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАТОРА СВЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ГОЛОГРАФИЧЕСКИМ МЕТОДОМ, включающий запись интерференционной картины в светочувствительном слое, нанесенном на оптический элемент, путем направлени на него расход щегос предметного и опорного плоскопараллельного пучков лазерного излучени , о т л и ч a ющ и и с тем, что, с целью повышени коэффициента концентрации при выполнении оптического элемента в виде прозрачной плоскопарсшлельной пластины, каждый луч расход щегос предметного пучка направл ют на оптический элемент под УГЛОМ к светочувствительному слою, большим угла полного внутреннего отражени материала п оптического элемента.STHE METHOD OF MANUFACTURING A CONCENTRATOR OF LIGHT RADIATION BY A HOLOGRAPHIC METHOD, including recording an interference pattern in a photosensitive layer deposited on an optical element, by pointing to it the divergent objective and reference plane-parallel laser beams, about 100 L and an open pattern and a template and a detachment is applied. In order to increase the concentration ratio when the optical element is made in the form of a transparent flat-bed plate, each beam of the divergent object beam is directed onto the optical element. at an angle to the photosensitive layer, a large angle of total internal reflection of optical material n elementa.S

Description

/Х /N4 / X / N4

хN t IxN t I

4four

СОWITH

Изобретение относитс к гелиотехнике , в частности к способам изготовлени концентратороэ светового преимущественного солнечного излучени голографическйм методом.The invention relates to solar technology, in particular, to methods for producing a concentrator of preferential solar radiation by the holographic method.

Известен способ изготовлени концентратора светового излучени голографическим методом, включающий запись интерференционной Картины в светочувствительном слое, нанесенном на оптический элемент, путем направлени на него расход щегос предметного и опорного плоскопараллельного Пучков лазерного излучени .A known method of making a hub of light emission by a holographic method involves recording an interference Pattern in a photosensitive layer deposited on an optical element by directing at it a diverging object and reference plane-parallel Beams of laser radiation.

Этим способом изготовл ют концентратор светового излучени , , состо щий из плоских фацет, вл ющихс оптическими элементами этого концентратора Л .This method produces a hub of light, consisting of flat facets, which are the optical elements of this hub L.

Однако при выполнении оптического элемента в виде прозрачной плоскопараллельной пластины с концентрацие светового излучени путем многократных переотражений внутри оптического элемента часть излучени не участвует в переотражени х.However, when an optical element is made in the form of a transparent plane-parallel plate with a concentration of light radiation by multiple reflections inside the optical element, a part of the radiation does not participate in the multiple reflections.

Целью изобретени вл етс повышение коэффициента концентрации при выполнении оптического элемента в виде прозрачной плоскопараллельмой пластины,The aim of the invention is to increase the concentration ratio when performing an optical element in the form of a transparent plane-parallel plate,

Поставленна цель достигаетс тем что каждый луч расход щегос предмет огй пучка направл ют на оптический элемент под углом к светочувствительному слою, большим угла полного внутреннего отрешени материала оптического элемента.This goal is achieved by the fact that each beam of a diverging object of the beam is directed onto the optical element at an angle to the photosensitive layer, which is greater than the angle of the total internal beam of the optical element material.

На чертеже представлен концентратор светового излучени , изготовленный данным способом.The drawing shows a light emission concentrator manufactured by this method.

Способ изготовлени концентратора 1 светового излучени голографическйм методом включает запись интерференционной картины в светочувствительном слое 2, нанесенном на оптический элемент 3, путем направлени на него расход щегос предметного пучка 4 и опорного плоскопараллельного пучка 5 лазерного излучени .Причем последний из пучков по. направлению тождественен концентрируеколм солнечным лучам 6 и 7. Каждый луч расход щегос предметного пучка 4 направл ют на оптический элемент 3 под УГЛОМ к светочувствительному, слс о 2, большим угл полного внутреннго отражени материала оптического элемента 3. Оптический элемент 3 выполнен в виде прозрачной плоскопараллельН 5 й пластины.A method of manufacturing a holographic light emission hub 1 involves recording the interference pattern in the photosensitive layer 2 deposited on the optical element 3 by directing a diverging object beam 4 and a reference plane-parallel laser radiation beam 5 onto it. For the last of the beams. The direction is identical to the center of the sun rays 6 and 7. Each beam of the divergent object beam 4 is directed at the optical element 3 under the ANGLE to the photosensitive, SL 2, large angle of total internal reflection of the material of the optical element 3. The optical element 3 is made in the form of a transparent plane parallel 5 th plate.

.Концентратор светового излучени , изготовленный данным способом, работает следующим образом.The light concentrator manufactured by this method works as follows.

При освещении концентратора 1 плоскопаргшлельным пучком света, например солнечным излучением, идентичным опорному плоскопараллельному пучку 5, участвовавшему в образовании объемной голограммы, голограмма восстанавливает расход щийс предметный пучок 4,участвовавший в образовании этой голограммы. Благодар .тому, что расход щийс пучок 4 в процессе изготовлени концентратора 1 был направлен в оптический элемент 3 под углом полного внутреннего отражени , обеспечиваетс ввод солнечного излучени в оптический элемент 3 под углом полного внутреннего отражени . Это вл етс необходимым, но недостаточным условием концентрировани светового излучени . Дифрагировавший на объемной голограмме луч света входит в оптический элемент 3, выполненный в виде пластины, под углом полного внутреннего отражени , претерпевает полное внутреннее отражение на противоположной поверхности пластины и в некоторой точке возвращаетс в слой 2 с объемной голограммой . Дл концентрировани достаточно , чтобы, отразившись от границы раздела светочувствительного сло 2 с записанной в нём объемной голограммой и воздуха, луч не удовлетвор л условию Брэгга на этом участке голограммы . Тогда луч не будет да1фрагировать на объемной голограмме и после р да полных внутренних отражений выйдет из торца пластины. Отсюда следует , что объемна голограмма в направлении движени переотраженного луча должна быть неоднородной. Это обеспечиваетс расходимостью предметного пучка 4, лучи которого при образовании голограммы вход т и пластину под разными углами,остава сь больше предельного угла полного внутреннего отражени . Выбором же толщины пластины обеспечиваетс падение отраженного луча на участок объемной голограммы с таким угловым отклонением S от угла Брэгга в этой точке. Что дифракционна эффективность объемной голограмг ы на этом участке дл него равна нулю. Объемна голограмма обладает угловой селективностью, поэтому она не воздействует дифрагирующе на луч, направленный с определенным угловым отклонением от угла Брэгга (см. чертеж). В этом случае, например , солнечный луч б дифрагирует на пропускающей объемной голограмме в слое 2 и входит в пластину под углом полного внутреннего отражени материала этой пластины. После отргокени на нижней поверхности пластины луч б пересекает объемную голограмму (светочувствительный слой 2),и претерпевает полное внутреннее отражение на границе объемна голограмма воздух . При этом он отражаетс в направлении , которое отличаетс от направлени вошедшего в объемную голограмму в этой точке и дифрагировавшего ма ней солнечного луча 7 на угол 5 . Луч 7 удовлетвор ет условию Брэгга и дл него дифракционна эффективность объемной голограммы максимальнаи может достигать-100% , Угол 8 превышает, угловое отклонение от угла Брэгга, при котором дифракционна эффективность объемной голограммы на этом участке равна нулю, поэтому отраженный луч 6 не мен ет своего направлени и после р да переотражений выходит из торца пластины. Аналогично концентрируютс другие лучи плоскопаргшлельного потока светового , например солнечного, излучени . Требуелщй угол S обеспечиваетс выбором толщины пластины при заданной геометрии расход щегос предметного пучка 4, участвовавшего в образовании объемной голограммы.When the concentrator 1 is illuminated by a plane-parallel beam of light, for example, solar radiation, identical to the reference plane-parallel beam 5, which participated in the formation of a volume hologram, the hologram reconstructs the diverging subject beam 4, which participated in the formation of this hologram. Due to the fact that the diverging beam 4 during the manufacturing process of the concentrator 1 was directed into the optical element 3 at the angle of total internal reflection, solar radiation is introduced into the optical element 3 at the angle of total internal reflection. This is a necessary but not sufficient condition for the concentration of light radiation. A beam of light diffracted on a volume hologram enters the optical element 3, made in the form of a plate, at an angle of total internal reflection, undergoes a full internal reflection on the opposite surface of the plate and at some point returns to layer 2 with a volume hologram. For concentrating it is enough that, having reflected from the interface of the photosensitive layer 2 with the volume hologram and air recorded in it, the beam does not satisfy the Bragg condition in this area of the hologram. Then the beam will not be diffracted on the volume hologram and, after a series of total internal reflections, it will exit the end of the plate. It follows that the volume hologram in the direction of motion of the re-reflected beam must be non-uniform. This is ensured by the divergence of the object beam 4, the rays of which, when a hologram is formed, enter the plate at different angles, leaving more than the limiting angle of total internal reflection. By choosing the plate thickness, the reflected beam is incident on the portion of the volume hologram with such an angular deviation S from the Bragg angle at this point. That the diffraction efficiency of a volume hologram in this region is zero for it. The volumetric hologram has an angular selectivity, so it does not diffract on the beam, directed with a certain angular deviation from the Bragg angle (see drawing). In this case, for example, the sun beam b diffracts on the transmissive volume hologram in layer 2 and enters the plate at an angle of total internal reflection of the material of this plate. After breaking off on the lower surface of the plate, the beam b intersects the volume hologram (photosensitive layer 2), and the volume hologram air undergoes full internal reflection at the border. In doing so, it is reflected in a direction that differs from the direction of the sunbeam 7 that entered the volume hologram and the diffracted sun ray 7 at an angle of 5. Ray 7 satisfies the Bragg condition and for it the diffraction efficiency of a volume hologram can reach a maximum of -100%, Angle 8 is greater than the angular deviation from the Bragg angle at which the diffraction efficiency of a volume hologram is zero on this segment, therefore the reflected beam 6 does not change its direction and after a number of reflections out of the end of the plate. Similarly, other rays of a flat-plane stream of light, for example solar radiation, are concentrated. The required angle S is provided by the choice of the plate thickness for a given geometry of the expenditure of the beam of the object beam 4 that participated in the formation of the volume hologram.

Аналогичным образом работает кон-г центратор светового излучени с отражательной объемной голограммой, записанной в светочувствительном слое, нанесенном на нижней поверхности оптического элемента 3, выполненного в виде прозрачной плоскопараллельной пластины. При этом ввод расход щегос предметного пучка 4 в оптический элемент 3 под углом полного внутреннего отражени осуществл етс с помощью известных средств, например посредством вспомогательной призмы и сло иммерсионной жидкости.Similarly, a light hub is used with a reflective volume hologram recorded in a photosensitive layer deposited on the bottom surface of an optical element 3, made in the form of a transparent plane-parallel plate. In this case, the introduction of a diverging object beam 4 into the optical element 3 at an angle of total internal reflection is carried out using known means, for example, by means of an auxiliary prism and a layer of immersion liquid.

В любом из описанных случаев в зависимости от геометрии расход щегос пучка в процессе образовани объемной гологра1 о ы световое излучение можно концентрировать на двух и более торцах пластины, на части торца или в произвольной точке пластины. Кроме того, поскольку объемна голограмма обладает спектральной селективностью то в зависимости от условий ее образовани может концентрироватьс определенна область солнечного спектрIn any of the cases described, depending on the geometry of the diverging beam during the formation of a volume holographic light, the radiation can be concentrated at two or more plate ends, at a part of the end face, or at an arbitrary point of the plate. In addition, since the volume hologram has a spectral selectivity, depending on the conditions of its formation a certain region of the solar spectrum can be concentrated.

Направление каждого луча расход щегос предметного пучка 4 в оптический элемент 3 под углом к светочувствительному слою 2, большим угла полного внутреннего отражени материала оптического элемента 3, обеспечивает запись такой объемной голограммы , котора впоследствии, преобразует падающий на концентратор 1 поток плоскопараллельного светового излучени в расход щийс внутри оптического элемента 3 с возможностью многократного переотражени за счет эффекта полного внутреннего отражени и тем самым концентрируемый поток светового излучени .The direction of each beam of the divergent object beam 4 into the optical element 3 at an angle to the photosensitive layer 2, greater than the angle of total internal reflection of the material of the optical element 3, records such a volume hologram, which subsequently converts the plane-parallel light radiation incident on the concentrator 1 into divergent inside the optical element 3 with the possibility of multiple reflections due to the effect of total internal reflection and thereby a concentrated stream of light and rays.

При этом толщина выполненного в виде пластины оптического элемента 3 св занна со степенью расходимости соседних лучей предметного пучка 4 при записи, обеспечивает нулевую дифракционную эффективность объемной голограммы дл потока переотраж-аемог светового излучени .At the same time, the thickness of the optical element 3, made in the form of a plate, associated with the degree of divergence of the neighboring beams of the object beam 4 during recording, ensures zero diffraction efficiency of the volume hologram for the flux of the reflection of light.

Таким образом, происходит концентраци светового излучени практически без потерь, а именно без рассеивани и тепловыделений, что, в свою очередь, повышает коэффициент концентрации .Thus, there is a concentration of light radiation with almost no loss, namely, no scattering and heat generation, which, in turn, increases the concentration coefficient.

Claims

METHOD FOR PRODUCING A HOLOGRAPHY LIGHT RADIATION HUB -

By the CLEAN METHOD, which includes recording the interference pattern in a photosensitive layer deposited on an optical element by directing a diverging object and reference plane-parallel laser radiation beams at it, characterized in that, in order to increase the concentration coefficient when making the optical element in the form of a transparent plane-parallel plate, each the beam of the diverging object beam is directed to the optical element at an angle to the photosensitive layer, larger than the angle of the total internal reflection compression of the material of the optical element. ®