Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ОПТИЧЕСКИЙ ВЕНТИЛЬ
ОПТИЧЕСКИЙ ВЕНТИЛЬ

ОПТИЧЕСКИЙ ВЕНТИЛЬ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано как элемент оптической развязки. Оптический вентиль содержит две фокусирующие оптические системы с продольной хроматической аберрацией и поглощающую маску, устанавливаемую в область продольной хроматической аберрации либо первой, либо второй фокусирующей оптической системы в зависимости от требуемого направления односторонней проводимости. Техническим результатом является обеспечение односторонней проводимости в требуемом направлении. 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2136031
Класс(ы) патента: G02F1/00
Номер заявки: 98106003/25
Дата подачи заявки: 30.03.1998
Дата публикации: 27.08.1999
Заявитель(и): Военный инженерно-космический университет им.А.Ф.Можайского
Автор(ы): Янов В.Г.; Гурулев В.С.; Михайловский А.В.
Патентообладатель(и): Военный инженерно-космический университет им.А.Ф.Можайского
Описание изобретения: Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано как элемент оптической развязки.
Известны различные варианты оптических вентилей, например, устройства против ослепления водителей светом фар встречных машин [1], содержащие поляроидные пленки, однако они имеют большие потери световой энергии, что ограничивает возможности их применения.
Акустооптический вентиль, описанный в [2], содержит последовательно расположенные на оптической оси интерферометр Фабри-Перо, настроенный на пропускание излучения с частотой, равной частоте излучения источника света, и акустооптический брэгговский модулятор. Оптическое излучение с частотой ν проходит через интерферометр Фабри-Перо и попадает на акустооптический брэгговский модулятор. На его выходе частота оптического излучения становится равной ν+f, где f - частота акустической волны. Излучение, отраженное от какого-либо элемента оптического тракта или от какого-либо объекта и распространяющееся в обратном направлении, после прохода через акустооптический брэгговский модулятор будет иметь частоту, равную ν+2f. Параметры интерферометра Фабри-Перо подобраны таким образом, что излучение с частотой ν+2f не пройдет через него (при частоте ν кривая зависимости пропускания интерферометра Фабри-Перо от частоты имеет максимум, а при частоте ν+2f имеет минимум). Недостаток акустооптического вентиля заключается в том, что он требует затрат энергии, расходуемой на возбуждение акустической волны в акустооптическом брэгговском модуляторе. Кроме того, частота оптического излучения на выходе акустооптического вентиля не равна частоте оптического излучения на его входе, что сужает область применения такого вентиля.
Магнитооптический вентиль, описанный, например, в [3], содержит последовательно расположенные на оптической оси поляризатор, магнитооптический ротатор и анализатор. На магнитооптический ротатор воздействует магнитное поле, создаваемое магнитной системой. Оптическое излучение проходит через поляризатор и становится линейно поляризованным. В магнитооптическом ротаторе вследствие магнитооптического эффекта Фарадея плоскость поляризации линейно поляризованного света поворачивается на 45o относительно исходной плоскости поляризации и проходит через анализатор, главная плоскость которого повернута на 45o относительно главной плоскости поляризатора. Излучение, распространяющееся в обратном направлении, пройдя через анализатор и магнитооптический ротатор, будет иметь плоскость поляризации, повернутую на 90o относительно исходной плоскости поляризации и, следовательно, поглотится в поляризаторе (если в качестве поляризатора использована дихроичная пленка), либо уйдет в сторону от луча, распространяющегося а прямом направлении (если в качестве поляризатора использована двулучепреломляющая призма). Недостатком такого вентиля является то, что он может эффективно работать с излучением, имеющим только линейную поляризацию, в противном случае возрастают потери излучения, распространяющегося в прямом направлении.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому оптическому вентилю является оптический вентиль, описанный в [4]. Он содержит последовательно расположенные на оптической оси собирающую линзу с продольной хроматической аберрацией и поглощающую маску, причем поглощающая маска расположена в пределах области продольной хроматической аберрации собирающей линзы. Оптическое излучение, вошедшее в оптический вентиль в направлении слева направо (в обратном направлении) вследствие продольной хроматической аберрации собирающей линзы разделится на ряд спектральных составляющих. Из них поглотится только та спектральная составляющая, которая сфокусирована в точке расположения поглощающей маски. Все остальные спектральные составляющие пройдут через оптический вентиль в направлении слева направо. В прямом направлении (справа налево) оптическое излучение пройдет практически без ослабления, т.к. площадь поглощающей маски ничтожно мала по сравнению с площадью поперечного сечения оптического пучка.
Недостатком известного оптического вентиля является то, что он осуществляет одностороннюю проводимость только в одном направлении (он пропускает оптическое излучение, идущее в направлении справа налево и обеспечивает селективное поглощение одной из спектральных составляющих оптического излучения, идущего слева направо). Работать в режиме односторонней проводимости противоположного направления (т.е. пропускать оптическое излучение, идущее в направлении слева направо и обеспечивать селективное поглощение одной из спектральных составляющих оптического излучения, идущего справа налево) он не может. В принципе, осуществить такой режим работы можно путем разворота оптического вентиля на 180o вокруг оси, перпендикулярной оптической оси оптического вентиля, однако для этого необходимо какое-либо механическое устройство, осуществляющее требуемый разворот, что значительно усложняет конструкцию оптического вентиля. Кроме того, при этом неизбежно возникают проблемы с юстировкой.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение функциональных возможностей оптического вентиля путем обеспечения односторонней проводимости в требуемом направлении.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в известный оптический вентиль, содержащий последовательно расположенные на оптической оси фокусирующую оптическую систему с продольной хроматической аберрацией и поглощающую маску, дополнительно введена вторая фокусирующая оптическая система с продольной хроматической аберрацией, расположенная на оптической оси за поглощающей маской таким образом, что области продольных хроматических аберраций обеих фокусирующих оптических систем разнесены в пространстве, а поглощающая маска выполнена с возможностью перемещения в пределах областей продольных хроматических аберраций обеих фокусирующих оптических систем.
Такое построение оптического вентиля позволяет обеспечить требуемое направление односторонней проводимости путем установки поглощающей маски либо в области продольной хроматической аберрации фокусирующей оптической системы, либо в области продольной хроматической аберрации второй фокусирующей оптической системы.
Сущность изобретения поясняется описанием конкретных, но не ограничивающих заявляемое техническое решение, вариантов выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых;
- на фиг. 1 приведен вариант функциональной схемы оптического вентиля, имеющего минимальные размеры вдоль оптической оси;
- на фиг. 2 приведен второй вариант функциональной схемы оптического вентиля.
На фиг. 1 и фиг. 2 приняты следующие обозначения: 1 - фокусирующая оптическая система с продольной хроматической аберрацией, 2 - поглощающая маска, 3 - вторая фокусирующая оптическая система с продольной хроматической аберрацией. На фиг. 1 и фиг. 2 область продольной хроматической аберрации фокусирующей оптической системы 1 заключена между точками F1 и F2, область продольной хроматической аберрации второй фокусирующей оптической системы 3 заключена между точками F3 и F4. Фокусирующие оптические системы 1 и 3 расположены таким образом, что отрезки F1F2 и F3F4 не имеют общих точек (области продольных хроматических аберраций обеих фокусирующих оптических систем разнесены в пространстве). На фиг. 1 приведен вариант оптического вентиля, в котором область продольной хроматической аберрации F1F2 фокусирующей оптической системы 1 расположена между второй фокусирующей оптической системой 3 и ее областью продольной хроматической аберрации F3F4, а область продольной хроматической аберрации F3F4 второй фокусирующей оптической системы 3 расположена между фокусирующей оптической системой 1 и ее областью продольной хроматической аберрации F1F2. Поглощающая маска 2 выполнена с возможностью перемещения в пределах областей продольных хроматических аберраций обеих фокусирующих оптических систем 1 и 3 (т.к. точки F3, F4, F1 и F2 расположены на оптической оси оптического вентиля, то поглощающая маска 2 должна иметь возможность перемещения в пределах отрезка, заключенного между точками F3 и F2).
Оптический вентиль может быть выполнен также в виде, изображенном на фиг. 2. В этом варианте область продольной хроматической аберрации F1F2 фокусирующей оптической системы 1 расположена вне области, заключенной между второй фокусирующей оптической системой 3 и ее областью продольной хроматической аберрации F3F4, а область продольной хроматической аберрации F3F4 второй фокусирующей оптической системы 3 расположена вне области, заключенной между фокусирующей оптической системой 1 и ее областью продольной хроматической аберрации F1F2. Поглощающая маска 2 в этом варианте оптического вентиля должна быть также выполнена с возможностью перемещения в пределах областей продольных хроматических аберраций обеих фокусирующих оптических систем 1 и 3 (т.к. точки F1, F2, F3 и F4 расположены на оптической оси оптического вентиля, то поглощающая маска 2 в данном варианте должна иметь возможность перемещения в пределах отрезка, заключенного между точками F1 и F4).
Вариант оптического вентиля, приведенный на фиг. 1, имеет меньшие габариты вдоль оптической оси по сравнению с вариантом, приведенным на фиг. 2.
Оптический вентиль работает следующим образом. Пусть поглощающая маска 2 расположена в пределах области продольной хроматической аберрации F1F2 фокусирующей оптической системы 1. Тогда оптическое излучение, проходящее через оптический вентиль справа налево, выйдет из оптического вентиля практически без ослабления, т.к. площадь поглощающей маски 2 ничтожно мала по сравнению с площадью поперечного сечения оптического пучка. Оптическое излучение, проходящее через оптический вентиль слева направо, вследствие продольной хроматической аберрации фокусирующей оптической системы 1 разделится на ряд спектральных составляющих, которые сфокусируются в области продольной хроматической аберрации фокусирующей оптической системы 1. В зависимости от положения поглощающей маски 2 между точками F1 и F2 поглотится только та спектральная составляющая оптического излучения, которая сфокусируется в точке, где расположена поглощающая маска 2.
Если поглощающая маска 2 расположена в пределах области продольной хроматической аберрации F3F4 второй фокусирующей оптической системы 3, то оптическое излучение, проходящее через оптический вентиль слева направо, выйдет из оптического вентиля практически без ослабления, т.к. площадь поглощающей маски 2 ничтожно мала по сравнению с площадью поперечного сечения оптического пучка. Оптическое излучение, проходящее через оптический вентиль справа налево, вследствие продольной хроматической аберрации второй фокусирующей оптической системы 3 разделится на ряд спектральных составляющих, которые сфокусируются в области продольной хроматической аберрации F3F4 второй фокусирующей оптической системы 3. В зависимости от положения поглощающей маски 2 между точками F3 и F4 поглотится только та спектральная составляющая оптического излучения, которая сфокусируется в точке, где расположена поглощающая маска 2.
Если поглощающая маска 2 находится вне областей продольных хроматических аберраций обеих фокусирующих оптических систем, то оптическое излучение, проходящее через оптический вентиль в любом направлении, поглощаться не будет.
Таким образом, введение в известный оптический вентиль второй фокусирующей оптической системы с продольной хроматической аберрацией, расположенной за поглощающей маской таким образом, что области продольных хроматических аберраций обеих линз разнесены в пространстве, и выполнение поглощающей маски с возможностью перемещения в пределах областей продольных хроматических аберраций обеих фокусирующих оптических систем позволяет обеспечить одностороннюю проводимость оптического вентиля в требуемом направлении.
Реализация заявляемого оптического вентиля не вызывает затруднений. Фокусирующие оптические системы могут быть выполнены в виде собирающих линз, например, из оптического стекла ТФ-5, ТФ-7, ТФ-10 (ГОСТ 13917-68 и ГОСТ 13659-78). Если собирающая линза из стекла ТФ-5 имеет фокусное расстояние 100 мм, то продольная хроматическая аберрация для длин волн 0,6565 мкм и 0,4861 мкм составляет 3,6 мм, что вполне достаточно для раздельного воздействия на спектральные составляющие и перестройки в этом диапазоне длин волн. Поглощающая маска может быть закреплена, например, с помощью стойки или растяжек на какой-либо направляющей [5], обеспечивающей ее перемещение в пределах областей продольных хроматических аберраций обеих собирающих линз.
Источники информации
1. Галкин Ю.Н. Электрооборудование автомобилей. М.: 1947. С. 12-14.
2. Патент N 2109122 (Великобритания), МПК G 02 F 1/11, НКИ G2F, публ. 25.03.83.
3. Белостоцкий Б. P. , Любавский Ю.В., Овчинников В.М. Основы лазерной техники. М.: Сов. радио, 1972. С. 138-141.
4. Авт. свид. N 881650 (СССР), МПК G 02 F 3/00, публ. 15.11.81, Бюл. N 42.
5. Справочник конструктора оптико-механических приборов /В.А.Панов, М.Я. Кругер, В. В. Кулагин и др.; Под общ. ред. В.А.Панова. Л.: Машиностроение, 1980. С. 456-475.
Формула изобретения: Оптический вентиль, содержащий последовательно расположенные на оптической оси фокусирующую оптическую систему с продольной хроматической аберрацией и поглощающую маску, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вторую фокусирующую оптическую систему с продольной хроматической аберрацией, расположенную на оптической оси за поглощающей маской так, что области продольных хроматических аберраций обеих фокусирующих оптических систем разнесены в пространстве, а поглощающая маска выполнена с возможностью перемещения в пределах областей продольных хроматических аберраций обеих фокусирующих оптических систем.