CS243810B1

CS243810B1 - Polarizer

Info

Publication number: CS243810B1
Application number: CS842009A
Authority: CS
Inventors: Bohumil Perner; Oldrich Fisera; Jiri Kvapil; Josef Kvapil
Original assignee: Bohumil Perner; Oldrich Fisera; Jiri Kvapil; Josef Kvapil
Priority date: 1984-03-20
Filing date: 1984-03-20
Publication date: 1986-07-17
Also published as: CS200984A1

Abstract

Polarizátor pro světlo vysoké intenzity vhodný zejména pro použití v laserových rezonátorech, kde použití opticky jednoosých krystalů s relativně malým dvojlomem , ale vysoké odolnosti proti poškození světelnými toky o vysoké intenzitě je umožněno tím, že z těchto krystalů jsou vytvořeny trojboké hranoly, jejichž alespoň dvě boční plochy /1, 2/ svírají úhel ostrý fí o velikosti 75° > <P > arcsin ng1, kde no je index lomu řádného paprsku pro vlnové délky 400 až 3 000 nm, přičemž optická osa /4/ krystalu svírá s výškou hranolu úhel R - 85 až 90° a s alespoň jednou z uvedených bočních ploch /1, 2/ úhel théta « 90° - φ 5°.A polarizer for high-intensity light, particularly suitable for use in laser resonators, where the use of optically uniaxial crystals with relatively small birefringence but high resistance to damage by high-intensity light fluxes is enabled by the fact that these crystals are formed into triangular prisms, at least two of whose side surfaces /1, 2/ form an acute angle φ of 75° > <P > arcsin ng1, where no is the refractive index of an ordinary beam for wavelengths of 400 to 3,000 nm, while the optical axis /4/ of the crystal forms an angle R - 85 to 90° with the height of the prism and an angle theta « 90° - φ 5° with at least one of the said side surfaces /1, 2/.

Description

(54) Polarizátor(54) Polarizer

Polarizátor pro světlo vysoké intenzity vhodný zejména pro použití v laserových rezonátorech, kde použití opticky jednoosých krystalů s relativně malým dvojlomem , ale vysoké odolnosti proti poškození světelnými toky o vysoké intenzitě je umožněno tím, že z těchto krystalů jsou vytvořeny trojboké hranoly, jejichž alespoň dvě boční plochy /1, 2/ svírají úhel ostrý fí o velikosti 75° > <P > arcsin ng¹, kde n_o je index lomu řádného paprsku pro vlnové délky 400 až 3 000 nm, přičemž optická osa /4/ krystalu svírá s výškou hranolu úhel R - 85 až 90° a s alespoň jednou z uvedených bočních ploch /1, 2/ úhel théta « 90° - φ 5°.High intensity light polarizer particularly suitable for use in laser resonators, where the use of optically uniaxial crystals with relatively small birefringence but high resistance to damage by high intensity luminous fluxes is made possible by the formation of triangular prisms of which at least two side the areas (1, 2) form an acute angle phi of 75 °><P> arcsin ng ¹ , where n _o is the orderly refractive index for the wavelengths 400-3000 nm, the optical axis (4) of the crystal being at the prism height an angle R = 85 to 90 ° and with at least one of said side faces (1, 2) a theta angle of 90 90 ° - φ 5 °.

Vynález se týká polarlzátoru světla pro polarizaci světelných toků o vysoké intenzitě.The present invention relates to a light polarizer for polarizing high intensity luminous fluxes.

Polarizátory světla nacházejí dlouhou dobu využití v celé řadě opatických přístrojů. Většinou se jedná o polarizaci slabších světelných toků pro účely pozorování, případně měření, takže odolnost polarlzátoru proti poškození světlem se ani neuvažuje.Light polarizers have long been used in a wide range of ophthalmic instruments. In most cases it is the polarization of weaker luminous fluxes for observation or measurement purposes, so that the resistance of the polarizer to light damage is not even considered.

Úhlové rozlišení řádného a mimořádného paprsku v polarizátorech pro uvedené účely však musí být vysoké, případně jeden z paprsků musí být absorbován. V laserových rezonátorech, kde polarizátory umožňují funkci elektrooptických uzávěrek, není zapotřebí velkého rozlišení obou paprsků, avšak odolnost polarizátorů proti účinkům procházejícího světla musí být vysoká a rovněž stupeň polarizace musí být vysoký. Běžné polarizační hranoly se obvykle poškodí propálením v tmelené ploše, u polarizačních destiček je stupeň polarizace relativně nízký a ztráty zvýšené.However, the angular resolution of the ordinary and extraordinary beams in the polarizers for this purpose must be high or one of the beams must be absorbed. In laser resonators, where polarizers allow the operation of electro-optical shutters, there is no need for a high resolution of both beams, but the polarizer's resistance to transmitted light must be high and the degree of polarization must also be high. Conventional polarization prisms are usually damaged by burning in the cemented surface, the degree of polarization of the polarizing plates is relatively low and the losses are increased.

Tyto nedostatky odstraňuje polarizátor pro světlo vysoké intenzity podle vynálezu, , jehož podstata spočívá v tom, že je vytvořen z opticky jednoosého krystalu, opracovaného do tvaru pravoúhlého trojbokého hranolu, jehož alespoň dvě boční plochy svírají ostrý úhel fí o velikosti 75° arcsin ηθ\ kde n_Q je index lomu řádného paprsku pro vlnové délkyThese drawbacks are overcome by the high-intensity polarizer according to the invention, which consists of an optically uniaxial crystal, shaped to a rectangular triangular prism whose at least two side surfaces form an acute angle phi of 75 ° arcsin ηθ \ where n _Q is the refractive index of the regular beam for wavelengths

400 až 3 000 nm, přičemž optická osa krystalu svírá s výškou hranolu úhel R - 85 až 90° a alespoň s jednou z uvedených bočních ploch úhel théta = 90° - Ψ - 5°.400 to 3000 nm, wherein the optical axis of the crystal forms an angle R - 85 to 90 ° with the prism height and with at least one of said side faces a theta angle = 90 ° - Ψ - 5 °.

Při přibližně kolmém, tj. z hlediska nejmenších ztrát nejvýhodnějším, dopadu světla na jednu z uvedených ploch hranolu prochází světlo dále hranolem a odráží se od druhé plochy, přičemž bud před odrazem nebo po něm je osa světelného svazku přibližně kolmá k optické ose krystalu, takže dochází k jeho polarizaci a vzhledem k odrazu, který má stejnou funkci jako tmelená plocha u obvyklých polarizačních hrapolů, i k jeho úhlovému rozdělení.At approximately perpendicular, i.e., in terms of least loss, the light incident on one of said prism surfaces, light passes through the prism and is reflected from the other surface, either before or after reflection the axis of the light beam is approximately perpendicular to the optical axis of the crystal. it is polarized and angularly distributed due to the reflection, which has the same function as the cemented surface of conventional polarizing cracks.

Výstupní plocha se volí přibližně kolmá k odraženému svazku a při vícenásobném odrazu může být vstupní i výstupní plocha totožná. Případnou neúplnou polarizaci výstupních svazků lze odstranit malým natočením hranolu kolem jeho výšky.The exit surface is selected approximately perpendicular to the reflected beam, and in the case of multiple reflection, the inlet and outlet surfaces may be identical. Possible incomplete polarization of output beams can be removed by small turning of the prism around its height.

Při větším dvoj lomu použitého krystalu lze její polohu zvolit takovou, že řádný nebo mimořádný paprsek se od výstupní plochy odráží, takže ani při využití polarlzátoru k účelům pozorování objektů v polarizovaném světle nevadí.With a larger birefringence of the crystal used, its position can be chosen such that a regular or extraordinary beam reflects off the output surface, so that even when using a polarizer for the purpose of observing objects in polarized light.

Při využití v laserovém rezonátoru však postačí i jen malé úhlové rozlišení obou paprsků, protože podmínka rezonance je jen při velmi přesném ustayení všech dílů rezonátoru do společné optické osy.When used in a laser resonator, however, only a small angular resolution of the two beams is sufficient, as the resonance condition is only at very precise positioning of all parts of the resonator to a common optical axis.

Tato skutečnost umožňuje využít pro polarizátory krystaly s malým dvojlomem, ale vysokou odolností proti laserovému záření. Vyloučení tmelených ploch rovněž podstatně zvyšuje odolnost proti poškození světelnými toky vysoké intenzity.This makes it possible to use crystals with small birefringence but high resistance to laser radiation for polarizers. The elimination of sealed surfaces also significantly increases the resistance to damage by high intensity luminous fluxes.

Polarizátor podle vynálezu tak umožňuje využití opticky jednoosých krystalů s relativně malým dvojlomem pro polarizaci světla při podstatně zvýšené odolnosti proti poškození světelnými toky o vysoké intenzitě.The polarizer of the invention thus allows the use of optically uniaxial crystals with relatively small birefringence for polarizing light while substantially increasing resistance to damage by high intensity luminous fluxes.

PřikladlHe did

Z monokrystalu vápence byl zhotoven polarizační hranol podle vynálezu ve tvaru trojbokého hranolu, kde úhel první-vstupní plochy pro světlo a druhé-odrazové plochy svíral úhel fí = 50°. Úhel druhé a třetí-výstupní plochy činil rovněž 50°.A polarizing prism according to the invention in the form of a triangular prism was made from the limestone monocrystal, where the angle of the first light-entry surface and the second-reflection surface formed an angle φ = 50 °. The angle of the second and third exit surfaces was also 50 °.

Optická osa vápence svírala s prvou plochou hranolu úhel 90°. Při kolmém dopadu nepolarizovaného světla na prvou plochu hranolu vystupuje řádný paprsek kolmo z plochy třetí a mimořádný je od něho v hranolu odchýlen o 5,47° a po výstupu z hranolu o 8,29°, což dovoluje zcela snadné využiti hranolu jako polarizátoru v laserovém rezonátoru pro vlnovou délku světla 693,4 nm bez použití; dalších pomůcek k rozlišení obou kmitosměrů.The optical axis of the limestone formed an angle of 90 ° with the first prism surface. With the perpendicular incident of the non-polarized light on the first prism surface, the regular beam emerges perpendicular from the third surface and extraordinary is deviated from it by 5.47 ° and after exit from the prism by 8.29 °, which makes it easy to use the prism as a polarizer a resonator for a light wavelength of 693.4 nm without use; other aids to distinguish both frequencies.

_e Pro lepší názornost je polarizátor podle tohoto příkladu schematicky znázorněn na připojeném výkrese na obr. 1, kde je zakreslena prvni-vstupní plocha 1, druhá-odrazová plocha £ a třetí-výstupní plocha £, dále optická osa krystalu £ a průchod světelného svazku 5^. Je zakreslen úhel fí = 50°, úhel théta, který svírá optická osa £ s druhou-odrazovou plochou £, . rovný 90° - 50° - 40°. _e For greater clarity, a polarizer according to this example shown schematically in the accompanying drawing of FIG. 1 wherein there is shown a first-input surface 1, the second-reflection surface £ and third-exit surface £, then the optical axis of the crystal £ and the passage of the light beam 5 ^. An angle β = 50 ° is plotted, the angle theta which forms the optical axis θ with the second reflection surface θ. equal to 90 ° - 50 ° - 40 °.

Příklad 2Example 2

Z monokrystalu korundu byl zhotoven polarizátor podle vynálezu ve tvaru pravoúhlého trojbokého hranolu s optickou osou korundu kolmou na přeponovou plochu, přičemž úhly mezi bočními plochami a poloha optické osy byly dodrženy s přesností na 3,5°.The corundum monocrystal produced a polarizer according to the invention in the form of a rectangular triangular prism with an optical axis of corundum perpendicular to the transition surface, the angles between the side surfaces and the position of the optical axis being maintained to 3.5 °.

Při dopadu nepolarizováného světla kolmo na přeponovou plochu vycházejí z téže plochy po dvojím odrazu v hranolu dva vzájemně kolmo polarizované svazky s úhlovým rozlišením 25'. Při použití v laserovém rezonátoru při vlnové délce 1 064 nm bylo třeba během seřizování vkládat do rezonátu další polarizátor k rozlišení kmitosměrů, avšak na vlastní funkci laseru nemělo uvedené malé úhlové rozlišení kmitosměrů vliv, protože již při odchylce osy zrcadel rezonátoru o méně než l' z osy použitého polarizovaného svazku laser nefungoval.When the non-polarized light strikes perpendicularly to the transition surface, two beams with an angular resolution of 25 'are perpendicularly polarized perpendicularly to the prism surface after a double reflection in the prism. When used in a laser resonator at 1,064 nm, it was necessary to insert another polarizer into the resonator during the alignment to adjust the oscillations, but the low laser angular resolution had no effect on the laser function itself, since of the used polarized beam axis the laser did not work.

Také i zde je pro názornost polarizátor podle tohoto příkladu schematicky znázorněn na připojeném výkrese na obr. 2. Jsou znázorněny odvěsnové plochy i' a2 ' a přeponová plocha 3 ', optická osa krystalu 4_ a průchod světelného svazku £, dále jsou zakresleny ostré úhly fí · 45° a úhel théta » 90° - 45° = 45°, který svírá optická osa £ s odvěsnovou plochou l'.Here, too, the polarizer of this example is shown schematically in the accompanying drawing in Fig. 2. The depicted areas 1 'and 2' and the switch surface 3 ', the optical axis of the crystal 4 and the passage of the light beam 6 are shown. 45 ° and a theta angle of 90 ° - 45 ° = 45 ° between the optical axis 6 and the area 1 '.

Claims

BEFORE THE M FI T OF THE INVENTION

A polarizer for light of high intensity, characterized in that it consists of an optically uniaxial crystal, processed into a triangular prism shape having at least two side surfaces collect acute angle / FI / of 75 °><o> arcsin n ^'1, n _Q. .. is the orderly refractive index for wavelengths of 400 to 3000 µm, wherein the optical axis of the crystal (4) forms an angle R - 85 to 90 ° with a prism height and at least one of said side faces (1,2) a theta angle - 90 ° -φ i 5 °.