×
10.04.2014
216.012.b109

СПОСОБ СПЕКТРАЛЬНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ДИФФУЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к способу спектральной фильтрации излучения с помощью интерференционных фильтров в условиях низкой интенсивности и высокой расходимости потока излучения. Спектральная фильтрация осуществляется с помощью многослойного интерференционного фильтра, содержащего слои с периодически меняющимся значением коэффициента преломления. Кроме того, интерференционный фильтр содержит проходящую по всей толщине фильтра ячеистую структуру с вертикальными светоизолирующими стенками, которая обеспечивает разделение проходящего через фильтр излучения на отдельные световые потоки. Каждый из световых потоков имеет сечение, не превышающее размера площадки пространственной когерентности при данной расходимости светового потока, и спектральная фильтрация осуществляется раздельно для каждого из этих световых потоков. Технический результат заключается в увеличении допустимой расходимости и регистрируемой интенсивности излучения. 2 ил.
Основные результаты: Способ спектральной фильтрации оптического излучения, основанный на явлении интерференции при взаимодействии светового потока с многослойными структурами с периодически меняющимся значением коэффициента преломления, отличающийся тем, что с целью производить эту фильтрацию в световых потоках с произвольно высокой расходимостью общий световой поток разделяют на всей толщине интерференционного фильтра ячеистой структурой с вертикальными стенками, обеспечивающими светоизоляцию ячеек, на отдельные световые потоки, каждый из которых имеет сечение, не превышающее размера площадки пространственной когерентности при данной расходимости в анализируемом световом потоке, и в этих отдельных световых потоках раздельно производят спектральную фильтрацию.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к способу выделения и регистрации определенной спектральной составляющей излучения в условиях низкой интенсивности и высокой расходимости потока выделяемого излучения и может найти применение в спектральном анализе (люминесцентный анализ, спектроскопия комбинационного рассеяния, анализ слабосветящейся плазмы, диффузно рассеивющих поверхностей и т.п.) и лазерном зондировании рассеивающих и поглощающих природных сред (туман, растительность, водоемы) в условиях дневного освещения.

Отражающие и пропускающие интерференционные фильтры (ИФ) широко используются на практике для выделения отдельных участков спектра, для ширины которых δλ могут быть достигнуты значения δλ/λ~10-3-10-4, определяемые конструкцией фильтров (δλ/λ~N-1, где N -число в фильтре слоев, содержащих скачок коэффициента преломления) при почти стопроцентном пропускании в центре выделяемого спектрального интервала [1].

При использовании ИФ по традиционным схемам (см., например, рис.1, где 1 - фронт падающего на ИФ светового потока, 2 - ИФ, 3 - собирающая линза, 4 - фотоприемник) для реализации такого спектрального разрешения и пропускания в выделяемом спектральном интервале необходимо освещение фильтра исследуемым потоком, направленным точно под определенным углом φ (чаще всего прямым) к поверхности фильтра с расходимостью внутри фильтра Δφ, не превышающей по полуширине при нормальном падении (Δφ при этом максимальна) [1]

Если в падающем на фильтр потоке расходимость превышает это значение, все части этого потока, не удовлетворяющие вышеприведенным условиям, «не работают», т.е. не подвергаются спектральной фильтрации.

Условие (1) накладывает ограничение на интенсивность I выделенного фильтром светового потока

,

где Bλ - спектральная яркость падающего на фильтр светового потока, d - размер ИФ. С практической точки зрения, рассчитанные по формуле (1) углы достаточно велики (см. таблицу), что делает ИФ весьма светосильным прибором

Но в ряде случаев использования интерференционных фильтров важно по возможности и повысить I, и уменьшить 8Х. Для высококачественного лазерного ИФ с N=104 в соответствии с таблицей и формулой (2) в этом случае теряется при фильтрации 99% падающего на фильтр рассеянного лазерного излучения. Поскольку причиной этих потерь является ограничение, накладываемое формулой (1) на расходимость фильтруемого пучка, следует понять и устранить причину этого ограничения.

Формула (1) выведена на основе представления падающего на ИФ излучения как совокупности плоских волновых фронтов со случайной фазой, ориентированных в пределах Δφ. Далее будет использовано другое известное и легко объяснимое представление.

При расходимости ψ падающего на поверхность (например, интерференционного фильтра) излучения вокруг любой точки этой поверхности существует область пространственной когерентности размера порядка

,

в пределах которой фаза колебаний монохроматического излучения меняется незначительно. Если представить падающее на ИФ излучение как мозаичный набор таких фрагментов плоских волн со случайной фазой и перпендикулярным к поверхности ИФ волновым вектором, расположенные под этими фрагментами участки фильтра можно рассматривать как отдельные независимые интерференционные фильтры (мини-ИФ). Интенсивность отфильтрованного каждым из них излучения определяется формулой (2) при замене d на 1, а суммирование по всем фрагментам дает саму формулу (2).

Но модель эта справедлива до тех пор, пока излучение в каждом из этих мини-ИФ распространяется через всю толщину интерференционного фильтра h (h=N λ/2), не перемешиваясь. Т.е. размер перекрывающихся частей соседних фрагментов на выходе из ИФ, равное hψ, должно остаться меньше самого размера 1.

что соответствует формуле (1) для Δφ. Этому же пределу ψ=Δφ соответствует 1=1φ, которое приводится в таблице.

Т.о. причиной ограничений на допустимую расходимость Δφ является перемешивание излучения от соседних фрагментов плоских волн со случайной фазой в пределах самого фильтра. Для устранения этого фактора необходимо излучение этих фрагментов при 1<1φ (и, соответственно, ψ>Δφ) изолировать друг от друга на всей толщине ИФ.

С этой целью в данной заявке предлагается традиционную одноканальную схему использования интерференционного фильтра (рис.1) заменить на многоканальную, один из вариантов которой для отражающего ИФ представлен на рис.2, где 5 - элемент ячеистой структуры (см. ниже), а остальные обозначения те же, что на рис.1.

Основой новой конструкции интерференционного фильтра является ячеистая структура с непрозрачными стенками высотой h и с поперечным размером полых ячеек 1, связанным с задаваемой величиной ψ формулой (3). При изготовлении такой структуры за основу могут быть приняты процедуры изготовления микроканальных пластин [2] или фотокристаллического оптического волокна [3]. Полости в ячейках должны быть заполнены фоторефрактивным материалом, например, фотополимером, а затем экспонированы сформированными в интерферометре встречными когерентными равными по интенсивности световыми пучками, монохроматизированными до необходимого уровня (δλ). Образовавшееся во встречных пучках поле стоячей световой волны сформирует в ходе экспозиции в каждой ячейке периодическую по коэффициенту преломления структуру - структуру интерференционного фильтра. Такая технология уже давно используется при создании брегговских решеток в световодах [4]. Предлагаемая структура похожа на световоды еще в одном отношении: при 1<<h проникающий в ячейку свет до выхода из нее испытывает множество отражений и необходимо, чтобы соотношение коэффициентов преломления материала ячеек и полимера обеспечивало для распространения света в канале ячейки полное внутреннее отражение и угол отсечки, равный ψ/2. В этом случае в каждой ячейке в силу соотношения (3) автоматически устанавливается режим одномодового световода с угловой апертурой ψ. Самое же существенное отличие этого канала от типичного оптического световода - малая толщина стенки ячейки: толщина кладинга световода должна была бы быть на порядок больше 1, чтобы обеспечить низкие потери на километровых трассах, но при h~1 мм для изоляции соседних каналов оказывается достаточно стенки с толщиной менее 2 мкм. (При монтаже предлагаемой системы из обычных световодов площадь самого ИФ занимала бы менее 1% площади конструкции).

Очевидно, что интенсивность, выделяемая брэгговской решеткой в каждой ячейке ИФ оценивается формулой

I=Вλδλ(ψ)2l2≤Bλδλλ2,

а для всего ИФ, построенного по предлагаемому многоканальному принципу, формулой

Для уменьшениия 1 существует дифракционный предел

l≥λ,

и в этом идеализированном случае предельный выигрыш в интенсивности при N=104 по формулам (2) и (4) составляет 5∙103.

Опыт изготовления фотокристаллического волокна показывает, что в ячеистых структурах 1 может достигать 2 мкм, что соответствует ψ~¼ при λ=0,5 мкм. Тогда оценка по формулам (3), (2) и таблице предсказывает существенный выигрыш в допустимых значениях угла расходимости ψ (порядок) и интенсивности (2 порядка) фильтруемого диффузного светового потока по сравнению с одноканальным вариантом использования интерференционного фильтра с той же площадью и спектральным разрешением.

Таблица
N Δλl H lφ Δφ град Ψ=λ/1 при 1 равном град (ψ/Δφ)2 при 1 равном
Å мм мкм
8 мкм 2 мкм 8 мкм 2 мкм
102 50 0,05 4 8 3,6 14 3
103 5 0,5 11 2,5 2 30
104 0,5 5 36 0,8 20 320

λ=0,5 мкм

Т.о. предлагается новый способ спектральной фильтрации оптического излучения, основанный на явлении интерференции при взаимодействии светового потока с многослойными структурами с периодически меняющимся значением коэффициента преломления, при котором световой поток разделяют на всей толщине интерференционного фильтра ячеистой структурой с вертикальными светоизолирующими стенками. Это позволяет производить эту фильтрацию в световых потоках с произвольно высокой расходимостью при условии, что ячейки имеют сечение, не превышающее размера площадки пространственной когерентности при данной расходимости в анализируемом световом потоке

Литература

1. Зайдель А.Н., Островская Г.В., Островский Ю.И. Техника и практика спектроскопии. М.: Наука, 1972. 375 с.

2. Кулов С.К., Романов ГЛ., Петровский Г. Т., Попов М.Н. Микроканальные пластины // Электронная промышленность. 1989. №3. С.13-17.

3. Russell P. St. J. Photonic-crystal fibers // J. Lightwave Technol. 2006. 24(12), P. 4729-4749.

4. Lam D. K. W., Garside В. K. Characterization of single-mode optical fiber filters // Appl. Opt. 1981. Vol.20, No. 3 P.440 44.

Способ спектральной фильтрации оптического излучения, основанный на явлении интерференции при взаимодействии светового потока с многослойными структурами с периодически меняющимся значением коэффициента преломления, отличающийся тем, что с целью производить эту фильтрацию в световых потоках с произвольно высокой расходимостью общий световой поток разделяют на всей толщине интерференционного фильтра ячеистой структурой с вертикальными стенками, обеспечивающими светоизоляцию ячеек, на отдельные световые потоки, каждый из которых имеет сечение, не превышающее размера площадки пространственной когерентности при данной расходимости в анализируемом световом потоке, и в этих отдельных световых потоках раздельно производят спектральную фильтрацию.
СПОСОБ СПЕКТРАЛЬНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ДИФФУЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
СПОСОБ СПЕКТРАЛЬНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ДИФФУЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 15 items.
27.02.2013
№216.012.2c6b

Устройство определения направления на источник звука

Изобретение относится к области приборостроения. В устройстве определения направления на источник звука, состоящем из фотоэлектрического теневого прибора и системы обработки информации, в излучающей части, состоящей из лазера и коллимирующего объектива, установлен светоделитель, формирующий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476898
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.03.2013
№216.012.3167

Устройство определения пространственной ориентации объектов

Устройство может быть использовано для контроля взаимного расположения объектов, параллельного переноса визирной линии, передачи на большие расстояния базового направления и др. Устройство содержит выполненный в виде блока прямоугольных призм отражатель, объектив, две жестко связанные между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478185
Дата охранного документа: 27.03.2013
27.03.2013
№216.012.318a

Устройство определения направления на источник звука

Изобретение относится к области приборостроения. Заявленное устройство определения направления на источник звука содержит два фотоэлектрических теневых прибора, каждый из которых содержит последовательно установленные лазер, коллимирующий объектив, два защитных стекла, фокусирующий объектив,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478220
Дата охранного документа: 27.03.2013
20.01.2014
№216.012.98c2

Многоспектральный интерференционный светофильтр для защиты от лазерного излучения

Изобретение может быть использовано в защитных очках, шлемах, масках, щитках и экранах для защиты глаз человека от ослепляющего лазерного излучения. Светофильтр включает прозрачную подложку и нанесенные на нее три элемента, содержащих интерференционные покрытия из чередующихся слоев с высоким и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504805
Дата охранного документа: 20.01.2014
27.08.2014
№216.012.f0c7

Способ нанесения электропроводящего покрытия светозащитной бленды

Изобретение относится к технологии нанесения электропроводящего покрытия на наружную поверхность светозащитной бленды оптико-электронного прибора космического аппарата. Способ нанесения электропроводящего покрытия светозащитной бленды заключается в том, что полностью собранную и окрашенную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527458
Дата охранного документа: 27.08.2014
20.10.2014
№216.013.00a3

Автоколлимационный способ измерения фокусного расстояния

Способ включает использование автоколлимационного плоского зеркала, установленного перед последней по ходу лучей от фокальной плоскости оптической поверхностью объектива. В одной плоскости, близкой к фокальной, вместе с источником излучения устанавливают матричный приемник излучения с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531555
Дата охранного документа: 20.10.2014
10.12.2014
№216.013.0d42

Устройство определения пространственной ориентации объектов

Устройство предназначено для контроля формы и взаимного расположения поверхностей крупногабаритных изделий и передачи направления на расстояниях до 100 метров и более. Устройство содержит лазер, оптическую систему, создающую стабильное базовое направление путем образования кольцевой структуры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534811
Дата охранного документа: 10.12.2014
20.02.2015
№216.013.2750

Жидкая композиция для фотополимеризационноспособной пленки для записи голограммы, способ получения композиции, способ получения вышеуказанной пленки

Изобретения относятся к жидкой композиции для получения фотополимеризационноспособной пленки для записи голограмм, способу получения такой жидкой композиции и способу получения фотополимеризационноспособной пленки. Предлагаемая фотополимеризационноспособная пленка формирует изображение за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541521
Дата охранного документа: 20.02.2015
10.02.2016
№216.014.c299

Жидкая композиция фотополимеризационноспособной пленки для записи голограммы, способ получения композиции

Группа изобретений относится к органическим светочувствительным регистрирующим средам, а именно к композициям для получения фотополимеризационноспособных пленок для записи голограмм и способам их получения. Жидкая композиция фотополимеризационноспособной пленки для записи голограмм с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574723
Дата охранного документа: 10.02.2016
10.02.2016
№216.014.c447

Видеосистема для регистрации нештатных ситуаций на судоходных реках

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для видеоконтроля водных акваторий с обеспечением регистрации нештатных ситуаций, связанных с движением судов по несанкционированным курсам или их нахождением в запретных зонах. Заявленное устройство содержит, по меньшей мере, одну...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574517
Дата охранного документа: 10.02.2016
Showing 1-10 of 17 items.
27.02.2013
№216.012.2c6b

Устройство определения направления на источник звука

Изобретение относится к области приборостроения. В устройстве определения направления на источник звука, состоящем из фотоэлектрического теневого прибора и системы обработки информации, в излучающей части, состоящей из лазера и коллимирующего объектива, установлен светоделитель, формирующий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476898
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.03.2013
№216.012.3167

Устройство определения пространственной ориентации объектов

Устройство может быть использовано для контроля взаимного расположения объектов, параллельного переноса визирной линии, передачи на большие расстояния базового направления и др. Устройство содержит выполненный в виде блока прямоугольных призм отражатель, объектив, две жестко связанные между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478185
Дата охранного документа: 27.03.2013
27.03.2013
№216.012.318a

Устройство определения направления на источник звука

Изобретение относится к области приборостроения. Заявленное устройство определения направления на источник звука содержит два фотоэлектрических теневых прибора, каждый из которых содержит последовательно установленные лазер, коллимирующий объектив, два защитных стекла, фокусирующий объектив,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478220
Дата охранного документа: 27.03.2013
20.01.2014
№216.012.98c2

Многоспектральный интерференционный светофильтр для защиты от лазерного излучения

Изобретение может быть использовано в защитных очках, шлемах, масках, щитках и экранах для защиты глаз человека от ослепляющего лазерного излучения. Светофильтр включает прозрачную подложку и нанесенные на нее три элемента, содержащих интерференционные покрытия из чередующихся слоев с высоким и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504805
Дата охранного документа: 20.01.2014
27.08.2014
№216.012.f0c7

Способ нанесения электропроводящего покрытия светозащитной бленды

Изобретение относится к технологии нанесения электропроводящего покрытия на наружную поверхность светозащитной бленды оптико-электронного прибора космического аппарата. Способ нанесения электропроводящего покрытия светозащитной бленды заключается в том, что полностью собранную и окрашенную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527458
Дата охранного документа: 27.08.2014
20.10.2014
№216.013.00a3

Автоколлимационный способ измерения фокусного расстояния

Способ включает использование автоколлимационного плоского зеркала, установленного перед последней по ходу лучей от фокальной плоскости оптической поверхностью объектива. В одной плоскости, близкой к фокальной, вместе с источником излучения устанавливают матричный приемник излучения с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531555
Дата охранного документа: 20.10.2014
10.12.2014
№216.013.0d42

Устройство определения пространственной ориентации объектов

Устройство предназначено для контроля формы и взаимного расположения поверхностей крупногабаритных изделий и передачи направления на расстояниях до 100 метров и более. Устройство содержит лазер, оптическую систему, создающую стабильное базовое направление путем образования кольцевой структуры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534811
Дата охранного документа: 10.12.2014
20.02.2015
№216.013.2750

Жидкая композиция для фотополимеризационноспособной пленки для записи голограммы, способ получения композиции, способ получения вышеуказанной пленки

Изобретения относятся к жидкой композиции для получения фотополимеризационноспособной пленки для записи голограмм, способу получения такой жидкой композиции и способу получения фотополимеризационноспособной пленки. Предлагаемая фотополимеризационноспособная пленка формирует изображение за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541521
Дата охранного документа: 20.02.2015
10.02.2016
№216.014.c299

Жидкая композиция фотополимеризационноспособной пленки для записи голограммы, способ получения композиции

Группа изобретений относится к органическим светочувствительным регистрирующим средам, а именно к композициям для получения фотополимеризационноспособных пленок для записи голограмм и способам их получения. Жидкая композиция фотополимеризационноспособной пленки для записи голограмм с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574723
Дата охранного документа: 10.02.2016
10.02.2016
№216.014.c447

Видеосистема для регистрации нештатных ситуаций на судоходных реках

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для видеоконтроля водных акваторий с обеспечением регистрации нештатных ситуаций, связанных с движением судов по несанкционированным курсам или их нахождением в запретных зонах. Заявленное устройство содержит, по меньшей мере, одну...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574517
Дата охранного документа: 10.02.2016
+ добавить свой РИД