SU1657935A1 - Отражательна призма дл поворота плоскости пол ризации - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к оптическому приборостроению, Б частности к устройствам дл  поворота плоскости пол ризации. Отражательна  призма содержит три отражаюгсие грани, расположенные под углом полного внутреннего отражени , а также входную и выходную грани, расположенные под уг- .лом Прюстера к оптической оси. Отражающие грани призмы ориентированы относительно друг друга и относительно входной и выходной гранен под соответствующими углами. Приведены соотношени  дл  вычислени  этих углов в зависимости от показател  преломлени  материала призмы и or заданного угла поворота плоскости пол ризации. Благодар  такому выполнению призмы уменьшаютс  потери света на отражение и обеспечиваетс  поворот плоскости пол ризации на произвольный угол. Призма может быть выполнена как из монолитного блока; так и в виде системы из трех склеенных между собой боковыми гран ми отражательных призм. Па первую отражающую грат-, может быть нанесено отражающее покрытие. 2 з.п. ф-лы, 10 ил. ю (Л е

Description

Изобретение относитс  к оптическому приборостроению, в частности к устройствам дл  поворота плоскости пол ризации.

Целью изобретени   вл етс  уменьшение потерь света на отражение и обеспечение поворота плоскость пол ризации на произвольный заданный угол Об.

На фиг. 1 и фиг. 2 - изображены призмы, отвечающие первому из двух альтернативных вариантов, причем призма, изображенна  на Лиг. 1, обеспечивает поворот плоскости пол ризации на угол об 60 по часовой стрелке , а призма, изображенна  на Лиг..,

обеспечивает поворот плоскости пол ризации на 60° против часовой стрелки .

На фиг. 3 - фиг. 10 - изображены призмы, отвечающие другому альтернативному варианту, причем на фиг. 3 изображена призма из монолитного блока , обеспечивающа  поворот плоскости пол ризации на 60° по часовой стрелке; на фиг. 4 - представлена призма, выполненна  в виде системы трех склеенных между собой боковыми гран ми призм, также обеспечнвакпча  поворот плоскости пол ризации на 60 по часовой стрелке; на фиг. 5 - изображена призма из монолитного блока, обеспе05 Ст.

СО

оо ел

чивающа  поворот плоскости пол ризации на 60° против часовой стрелки; на Лиг. ft - представлена призма, выполненна  в виде системы трех склеенных между собой боковыми гран ми призм также обеспечивающа  поворот плоскости пол ризации на 60° против часовой стрелки, на (Ниг. 7-8 - изображены две призмы из монолитного блока, a на Лиг. 9, 10 - две призмы, выполненные в виде системы трех склеенных между собой боковыми гран ми призм, обес- лечиваюгсие поворот плоскости пол ризации на 90 „

Па чертеже и в тексте прин ты следую Р обозначени :

0Ј - угол поворота плоскости пол ризации j

К - направление колебаний электрического вектора в световом пучке;

- показатель преломлени  материала , из которого изготовлена призма}

- угол Врюстера, определ емый равенством arctg n.

У arctg

(п2-1)(1 - cosOOl (n2 + 1)sinod J

Л отражательной призме, содержащей три отражающие грани, расположенные под углом полного внутреннего отражени  по отношению к падающему на них с внутренней стороны световому пучку, а также входную и выходную грани, входна  и выходна  грани расположены под углом Брюстера к оптической оси, т.е. к световому пучку, перва  отражающа  грань расположена под углом

(i7 arctp,

либо под углом 90 ко входной грани, 3Q тового пучка либо, соответственно, причем перва  плоскость отражени  ор- совпадает с ней, втора  отражающа  тогональна плоскости преломлени  све- грань расположена под углом

п + 2п собб6-«- 1 + п (1 соа&О 1 - (п .-.-о.. с- ц.;;„ Ј7ТГГ

либо, соответственно, под углом /}

inY

i С пг . , 66 arc sin - cos2- - + sin о L n +1/

к первой отражаюг(ей грани, причем

arctg

Г

п4 + 2пасо9о6- - 1 + п (1 costf l + (n - 1)

(1

- coseO l - (n -i)7rjrJZ

1 - cosui

Tn cosoi + D

2f- 2arct8

(1 - cosod)

либо, соответственно, под углом и ко/;агссил|-

второй отражающей грани, причем треть а | п1 + 2п2созс6 + 1

плоскость отражени  ортогональна второй либо, соответственно, под углом об

плоскости отражени  и расположена подк первой плоскости отражени , а вьгугломходна  грань расположена под углом

9 arctp,

П

1)

,„ С-ОЗрб-

2(п + 2пгсозрЈ

втора  плоскость отражени  ортогональ- 40 на первой плоскости отражени , треть  отражающа  грань расположена под углом

1 - C0806

- 1)

2(n

D

2f- 2arct8

(1 - cosod)

/;агссил|-

а | п1 + 2п2созс6 + 1

5

либо, соответственно, под углом 90 к третьей отражающей грани, причем плоскость преломлени  ортогональна третьей плоскости отражени  либо, соответственно, совпадает с ней. Призма может быть выполнена в виде системы из трех склеенных между собой боковыми гран ми отражательных призм, перва  из которых представл ет собой пр мую усеченную призму, имеющую в основании п тиугольник с двум  пр мыми углами и двум  углами, равными 135° - 1/2 , причем одна бокова  грань составл ет с основанием угол Брюстера, либо пр мую призму котора  имеет в основании четырехугольник с двум  пр мыми углами и третьим углом, равным углу Брюстера, втора  представл ет собой пр мую при

му, имеющую в основании равнобедренную трапецию с утлом при основании,

равным arctp,

+ 2.п2 сок

Ј+ 1

2п2 (1 - cos С/)

,0

либо соответственно 90 -|)i//, a треть  представл ет собой пр мую усеченную призму, котора  имеет в основании п тиугольник с двум  пр мыми углами, третьим углом, равным 135 + 1/2 у и четвертым углом, равным 45 + 1/2 Л1 , причем одна бокова  грань составл ет с основанием угол Брюстера, либо соответственно пр мую призму, имеющую в основании четырехугольник с двум  пр мыми углами и третьим углом, равным углу Брюстера. На первую отражающую грань может быть нанесено зеркальное покрытие.

Па фиг.1 изображена отражательна  призма дл  поворота плоскости пол ризации линейно пол ризованного света на угол (/ 60° по часовой стрелке (если смотреть вдоль первоначального направлени  распространени  светового пучка). Входна  грань призму АВСД располагаетс  под углом Брюс тера к световому пучку, причем она составл ет с гранью ARLKF угол, равный углу Брюстера. Перва  отр жающа  грань НК М ортогональна грани ABLKF и расположена под углом М ко входной грани, втора  отражающа  грань KFON расположена под углом 0 к грани ABLKF и под углом Г к первой отражающей грани, треть  отражающа  грань KQRW расположена под углом V ко второй отражающей грани и ортогональна грани PORST, причем грань PORST Со0

0

5

ставл ет со второй отражающей гранью угол и , выходна  грань STVW расположена под углом О к третьей отражающей грани и под углом Брюотера к грани PQRST.

Призма действует следующим образом .

Светоной пучок, пол рнзпранный в плоскости, параллельной боковой грани BCML, падает на входную грань призмы АР)СГ) под углом Брюп ера . При этом дл  указанной пол ризации световой пучок без отражени  проходит внутрь призмы, следу  в ней параллельно грани ARLKF. Татем световой пучок испытывает полное внутреннее отражение от первой отражающей грани 1IKLM, причем падаюпий и отраженный световые пучки пол ризованы ортогонально первой плоскости отражени , а угол падени  светового пучка

1 1

на грань HKLM равен 45° - Потом

5

0

световой пучок испытывает полное внутреннее отражение от второй отражающей грани F.FON, причем пацающий и отраженный световые пучки поп рпзсваны во второй плоскости отражени , а угол падени  светового пучка на грань ETON равен 90° - о . Яатем снеговой пучок испытывает полное внутреннее отражение от третьей отражающей грани QRVv , причем падакм рп; и отраженный световые пучки пол ризованы ортогонально третьей плоскости отражени , а угол падени  светового пучка на грань NORW равен 45° + V / .. Потом световой пучок без отражени  выходит из призмы под углом Брюстера к выходной грани STVW, причем направление светового пучка совпадает г первоначальным , а плоскость пол ри апии параллельна боковым гран м RSW и OPTV, с следовательно, повернута на vroo. 60° по часовой стрелке. Аначиз условий отражени  покапывает, что единственной проблемой  вл етс  обеспечение полного внутреннего отражени  от первой отражающей грани, так

5

0

0

5

как угол падени  светового пучка на эту грань меньше 45°. Так напримеп дл  п 1,75496 получаем, что можно обеспечить выполнение услови  полного внутреннего отражени  дл  значений угла поворота плоскости пол ризации tf 72,5°. Если требуетс  призма дл  значений oЈt больших указанной величины, необходимо нанести на пер-.

вую отражающую грань зеркальное покрытие . Поскольку потери на таком покрытии могут быть сведены к незначительной величине, наличие одного зеркального покрыти  не окажет существенного вли ни  на параметры призмы .

Призма может быть выполнена в виде системы трех склеенных между собой боковыми гран ми отражательных призм ABLKFDCMHG FGPOEDON и PQRSTVONW. Призма ABLKFDCIfHQ имеет в основании п - тиугольник, R котором ABL LAFK

90°, /BLK L 135°- | , боко-

ва  грань АВГЛ) составл ет с основанием угол, равный углу Брюстера, а остальные боковые грани ортогональны основанию о Призма FGPOEDQN пр ма  имеет в основании равнобедренную трапецию с углом при основании Z.GFO /.POF 90° - Ј.

Призма PQRSTVONW имеет в основании п тиугольник, в котором ( RST

Л

Z.STP 90°, ORS 135е

v

Z.PQR 45° + -„ бокова  грань STVW составл ет с основанием угол, равный углу Брюстера, а остальные боковые грани ортогональны основанию.Склеива- ние призм между собой производитс  канадским бальзамом. Это необходимо дл  уменьшени  потерь света на отражение от мест склейки.

На фиг. 2 изображена отражательна  призма дл  поворота плоскости пол риза ции линейно пол ризованного света на угол оЈ 60° против часовой стрелки. Эта призма обладает теми же признаками , что и призма, изображенна  на фиг. 1,так как  вл етр  ее зеркальным вариантом. Различие между этими двум  вариантами заключаетс  в ориентации первой отражающей грани, что приводит к различному направлению отклонени  светового пучка этой гранью: в призме, изображенной на фиг, 1, перва  отражающа  грань отклон ет световой пучок на угол 90 + против часовой стрелки, если смотреть со стороны грани CDGHM, а в призме изображенной на фиг. 2 перва  отражающа  грань отклон ет световой пучок на угол 90° + X1 по часовой стрелке, если смотреть со стороны грани СПОНМ. Обозначени  граней на фиг. 2 таково,

g

5

0

5

0

5

0

45

50

55

что к изображенной на ней призме полностью применимы описание устройства и действи  призмы, изображенной на фиг. 1 (с той только разницей что направление поворота плоскости пол ризации мен етс  на противоположное).

На фиг. 3 изображена отражательна  призма из монолитного блока дл  поворота плоскости пол ризации линейно пол ризованного света на угол рЈ 60° по часовой стрелке. Входна  грань призмы ABCD расположена под углом Брюстера к световому пучку, перва  отражающа  грань RCEF ортогональна входной грани, бокова  грань ABFG ортогональна гран м ABCD и BCEF, втора  отражающа  грань GHKO . расположена под углом Я к первой отражающей грани BCEF и составл ет

угол 180 - - с боковой гранью ABFG,

треть  отражающа  грань ШОР расположена под углом ко второй отражающей грани, выходна  грань OPOR ортогональна третьей отражающей грани MNOP, бокова  грань RI1PQ ортогональна гран м ШОР и OPQR и составл ет угол 180е оЈ

- -х со второй отражающей гранью

G11KL.

Призма действует следующим образом . Световой пучок, ортогональный лицевой грани призмы AGHSTD и пол ризованный в плоскости, параллельной боковой грани ABFG, падает на входную грань призмы ABCD под углом Брюстера Ц)р и без отражени  проходит внутрь призмы. Затем световой пучок испытывает полное внутренне отражение от первой отражающей грани BCEF, причем падающий и отраженный световые пучки пол ризованы в первой плоскости отражени , котора  совпадает с первой плоскостью преломлени  и параллельна грани ABFG, а отраженный световой пучок параллелен лицевой грани призмы AGHSTT). Потом световой пучок испытывает полное внутреннее отражение от второй отражающей грани GHKL, причем падающий и отраженный световые пучки пол ризованы перпендикул рно второй плоскости отражени , так как она ортогональна первой плоскости отражени . Затем световой пучок испытывает полное внутреннее отражение от третьей отражающей грани MNOP, причем падающий и отраженный световые пучки пол ризованы в третьей плоскости отражени , так как она ортогональна второй плоскости отражени . Потом световой пучо без отражени  выходит из призмы под углом Прюстера к выходной грани OPQR причем направление светового пучка совпадает с первоначальным, а плоскость пол ризации параллельна боковой грани KMPQ, следовательно, повернута на угол 60° по часовой стрелке.

На фиг. 4 представлена отражательна  призма дл  поворота плоскости пол ризации линейно пол ризованного света на угол Qi 60 по часовой стрелке, выполненна  в виде системы трех склеенных между собой боковыми гран ми отражательных призм. Бее три призмы пр мые. Призмы ABFGDCET и QPMKRONV идентичны и имеют в основании четырехугольник, например АВГП, в котором ARF Z.AGF 90°, а /1Г,ГП (Р arctg п. Призма CHSTLKW имеет в основании равнобедренную трапецию с углом при основании L ТС,{ 90° - 60° .

Призма действует точно так же, как и изображенна  на фиг. 3, так ка взаимное расположение всех рабочих граней такое же. Обозначение граней на фиг. 4, такового, что описание действи  призмы, изображенной на фиг. 3, полностью применимо и к призме , изображенной на Лиг. 4. I

На фиг о 5 изображена отражательна  призма из монолитного блока дл  поворота плоскости пол ризации линейно пол ризованного света на угол оЈ 60° против часовой стрелки. Эта призма обладает теми же признаками, что и призма, изображенна  на фиг.З, так как  вл етс  ее зеркальным вари- антом. Различие между этими двум  вариантами заключаетс  в ориентации второй отражающей грани, что приводи к различному направлению отклонени  светового пучка этой гранью: в призме , изображенной на фиг. 3, втора  отражающа  грань отклон ет световой пучок на угол бЈ по часовой стрелке, если смотреть вдоль первоначального

0

5

0

5

направлени  распространени  светового пучка, а в призме, изображенной на фиг. 5 - на угоч 0Ј против часовой стрелки. Обозначени  граней на ( ли-. 5 таково, что к изображенной на ней призме полностью применимы описание устройства и действи  призмы, изображенной на фиг. 3.

На фиг. 6 представлена отражательна  призма дл  попорота плоскости пол ризации линейно пол ризованного света на угол &L 60° против часовой стрелки, выполненна  в гиде системы трех склеенных между собой боковыми гран ми отражательных призм. Псе три составл юпие приемы точно такие же как и в призме, изображенной на фиг. 4. Различит состоит лишь в их взаимной ориентации, котора  приводит к тому, что призма, изображенна  на фиг-, 6,  вл етс  зеркальным вариантом призмы, изображенной на оиг.4.

На фиг. 7-10 изображены варианты отражательной призмы дл  поворота плоскости пол ризации линейно пол ризо ванного свет  на ®0Л. Поскольку нет различи  между поворотами плоскости пол ризации света на 40е против часовой стрелки и на 90° по часовой стрелке , возможны две призмы ич монолитно - Го блока и две призмы, выполненные в виде системы трех склеенных межлу собой боковыми гран ми призм, обес- печиваюыие попорот плоскости пол ризации на 90 .

о р м у л а и з о б

с т е н и  

1. Отражательна  призма дл  поворота плоскости пол риз.ппш тинейно пол ризованного света, содержаща  три отражакнцие грани, расположенные под углом полного внутреннего отражени , а также входную и выходную грани, о т л и ч а ю щ а   с   тем, что, с целью уменьшени  потерь света на отражение и обеспечени  поворота плоскости пол ризации на произвольный заданный угол Ои , входна  и выходна  грани расположены под углом Нрюстера к оптической осп, перва  отражающа  грань расположена под углом

где п - показатель преломлени  мате- ни, втора  отражающа  грань располо- риала призмы, либо 90 к входной гра- жена под углом

arctp;

Claims (3)

1

соответственно arc sin

,

Ч

п4 + 2n2cos06 + 1 + п2(1 cosed)

(1 - cosoO И - (п2 - О -л

2

либо соответственно:

aresin

отражаюпеи грани

2. Призма по п. 1, отличающа с  тем, что она выполнена в виде системы из трех склеенных между собой боковыми гран ми отражательных призм, перва  из которых представл ет собой пр мую усеченную призму, имеющую в основании п тиугольник с двум  пр мыми углами и двум  углами, равными 135° 1

Г (п2 - 1)(1 -cosed )1 + D sinodJ

- - arcttf

L

причем одна бокова  грань составл ет с основанием угол Брюстера, либо пр мую призму, котора  имеет в основании четырехугольник с двум  пр мыми углами и третьим углом, равным углу Прюстера, втора  представл ет собой пр мую призму, имеющую в основании равнобедренную трапецию с углом при основании, равным

к первой отражающей грани, треть  отражающа  грань расположена под углом

1 + (п2 - 1)

2(п

1 - cos

+ 2n2cosoC+ 1J

1 - cos Об

2(n4 + 2n2cos|tf+ 1)

к второй отражающей грани, а вьгходлибо , соответственно 90

5

0

2n2(1 - cos Pi)

,о Ј

„- , а треть 

представл ет собой пр мую усеченную призму, котора  имеет в основании п тиугольник с двум  пр мыми углами,

,ЧГ° 1

третьим углом, равным 135 + - -arctp; - cosCK)

и четверным углом,

5

0

Г(п2-1)(1 - СО

Ч(п2 + 1) sin Ot

равным 45° 4 arctg Г .- 2° |(п2 + 1) sintf J

причем одна бокова  грань составл ет с основанием угол Прюстера, либо соответственно, пр мую призму, имеющую в основании четырехугольник с двум  пр мыми углами и третьим углом, равным углу Брюстера.

3. Призма по пп. 1 и 2, о т л и- чающа с  тем, что на первую отражающую грань нанесено зеркальное покрытие.

Фиг. I.

Фиг. 2.

Фиг. 3.

Фиг. 6.

Фиг. 5.

Фиг.1

Фиг. 8

Фиг. 9

Фиг. Ю