устройство для управления поляризацией излучения

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее входной и выходной оптические элементы и промежуточное зеркало, закрепленные в корпусе, установленном с возможностью вращения вокруг оптической оси устройства, проходящей через входной и выходной оптические элементы, причем оптические элементы и промежуточное зеркало установлены так, что нормали к их плоскостям лежат в одной плсокости с оптической осью устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, входной и выходной оптические элементы выполнены в виде диэлектрических пластин, расположенных под углом Брюстера к оптической оси устройства, а промежуточное зеркало установлено на пьезокерамическом элементе, прикрепленном к корпусу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптике и может быть использовано для управляемого преобразования линейно поляризованного излучения.

Известен способ вращения плоскости поляризации с помощью трех отражающих зеркал, приведены формулы для расчета поляризационных параметров выходного излучения.

Известно также устройство для управления плоскостью поляризации, состоящее из трех металлических зеркал, расположенных в корпусе так, что нормали к плоскостям этих зеркал лежат в одной плоскости.

Однако функциональные возможности известного устройства ограничены. В ряде поляриметрических приборов необходимо не только вращать плоскость поляризации линейно поляризованного излучения, но и преобразователь линейно поляризованное излучение в излучение с эллиптической поляризацией и наоборот, что не обеспечивается известной конструкцией устройства.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.

Цель достигается тем, что в устройство для управления поляризацией излучения, содержащем входной и выходной оптические элементы и промежуточное зеркало, закрепленные в корпусе, установленном с возможностью вращения вокруг оптической оси устройства, проходящей через входной и выходной оптические элементы, причем оптические элементы и промежуточное зеркало установлены так, что нормали к их плоскостям лежат в одной плоскости с оптической осью устройства, согласно изобретению, входной и выходной оптические элементы выполнены в виде диэлектрических пластин, расположенных под углом Брюстера к оптической оси устройства, а промежуточное зеркало установлено на пьезокерамическом элементе, прикрепленном к корпусу.

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит корпус 1, выполненный, например, в виде полого цилиндра, внутри которого размещены входной 2 и выходной 3 оптические элементы, закрепленные на юстировочных узлах 4 и 5, а также промежуточное зеркало 6, присоединенное к корпусу 1 через пьезокерамический элемент 7. Входной 2 и выходной 3 элементы представляют собой диэлектрические пластинки, например, выполненные из германия, промежуточное зеркало 6 - из меди либо цельным, либо в виде медной пленки, нанесенной на подложку. Корпус 1 установ- лен с возможностью вращения вокруг оптической оси устройства, проходящей через входной 2 и выходной 3 оптические элементы. Оптические элементы 2, 3 и промежуточное зеркало 6 установлены так, что нормали к их плоскостям лежат в одной плоскости с оптической осью устройства. Входной и выходной оптические элементы, выполнены в виде диэлектрических пластин, расположены под углом Брюстера к оптической оси устройства.

Устройство работает следующим образом.

На вход устройства подается линейно поляризованное излучение. Если плоскость падения устройства повернута относительно плоскости поляризации входного излучения на угол , то вектор напряженности электрического поля входного излучения можно разложить на две составляющие, параллельную и перпендикулярную плоскости падения:

Е_вх = Е_вх cos

E_вх = E_вх sin

Отражение от входного 2 и выходного 3 элементов в виде диэлектрических пластин для параллельной составляющей в соответствии с формулами Френеля в пренебрежении поглощением будет равно нулю. Поэтому отражается только перпендикулярная составляющая. В выходном излучении эта составляющая напряженности поля будет равна

E_вых = R_n²RE_вхsin , (1) где R_п - коэффициент отражения по полю от пластины. Для пластинки на длине волны 10,6 мкм из германия он равен 0,88; R_з - коэффициент отражения от промежуточного зеркала. Для металлического зеркала он близок к единице.

При прохождении через пластинки перпендикулярная составляющая сильно ослабляется из-за отражения на гранях пластинок и ею можно пренебречь. Так, для пластинок из германия интенсивность перпендикулярной составляющей в выходном излучении на длине волны 10,6 мкм составляет 0,2% от интенсивности параллельной составляющей. Параллельная составляющая напряженности поля в выходном излучении равна

E_вых = T²_п E_вх cos, (2) где T_п - коэффициент пропускания пластинки, обусловленный поглощением. Для германиевой пластинки толщиной 2 мм коэффициент пропускания на длине волны 10,6 мкм порядка 0,8.

Таким образом на выходе устройства складываются две волны, у которых векторы напряженности электрического поля ориентированы взаимно перпендикулярно. Амплитуды этих волн определяются выражениями (1) и (2), а разность фаз определяется фазами коэффициентов отражения оптических элементов и оптической разностью хода.

Подавая напряжение на пьезокерамический элемент 7, изменяют разность хода и тем самым меняют разность фаз между взаимно перпендикулярными составляющими напряженности электрического поля выходного излучения. Изменяя угол , можно в соответствии с формулами (1) и (2) варьировать отношение величин этих напряженностей. Таким образом управляют параметрами эллиптически поляризованного выходного излучения.

Например, устанавливая разность фаз, равную /2, получим эллипс поляризации, у которого большая и малая полуоси расположены соответственно в плоскости падения и перпендикулярно ей. При вращении устройства эллипс поворачивается и меняется соотношение его осей. Можно подобрать такой угол , при котором E_вых= E_вых . В этом случае устройство преобразует линейно поляризованную волну в волну, поляризованную по кругу. При установлении разности фаз, равной , устройство формирует линейно поляризованную волну, у которой вектор напряженности повернут относительно исходного на угол +arctg tg

Таким образом, расширяются функциональные возможности устройства за счет осуществления не только вращения плоскости поляризации линейно поляризованного излучения, но и преобразования линейно поляризованного излучения в эллиптически поляризованное с управляемыми параметрами. (56) Applied Optics, 1988, v. 27, N 14, рр. 774-776.

Авторское свидетельство СССР N 1394195, кл. G 02 F 1/01, 1983.