Исследованы решеточные оптические фильтры с целью определения степени влияния геометрических параметров решеток на угловые характеристики светопропускания. Решетки образованы чередующимися пропускающими и по-глощающими полосами. Относительное расположение двух решеток обеспечивает угловую селективность светопропускания. Для достижения поставленной цели разработан графоаналитический метод, позволяющий рассчитывать угловую характеристику светопропускания фильтра в виде зависимости коэффициента светопропускания от угла падения лучей. Установлено влияние характеристического угла фильтра (данный угол определяет сдвиг решеток на входной и выход-ной поверхностях), шагов полос (шаг полос на каждой решетке равен суммарной ширине двух соседних чередующихся полос) и кратности шагов (отношение шагов полос входной и выходной решеток) на угловые характеристики светопропускания. В диапазоне углов падения от 0 до 60 характеристики фильтров на участках убывания и возрастания коэффициента светопропускания эквидистантны, линейны и практически симметричны относительно характеристических углов фильтров. При больших углах падения эквидистантность, линейность и симметричность характеристик нарушаются. Полученные закономерности необходимо учитывать при определении геометрических параметров фильтров, удовлетворяющих требуемым для конкретной остекленной кон-струкции и заранее заданным угловым характеристикам светопропускания. Целесообразно применение фильтра в областях, где требуется регулирование светопропускания при изменении угла падения лучей вследствие движения источника света и/или остекленного объекта друг относительно друга, прежде всего в архитектурном остеклении.
оптический фильтр, решетка с чередующимися полосами, графоаналитический расчет, угловая характеристика светопропускания
|
|
Введение. Классические тонкопленочные многослойные фильтры [1] имеют оптически однородное в каждом слое покрытие поверхности прозрачной среды. Известны неоднородные покрытия с тонкими микропористыми рассеивающими пленками [2], а также с металлическими пленками с квадратными отверстиями размерами порядка длин световых волн [3]. В оптических фильтрах используются дифракционные решетки [4, 5] и фотонные кристаллы [6, 7]. Перспективы применения имеют наноструктурированные метаматериалы [8]. Перечисленные поверхностные и объемные неоднородности являются микро- и наноразмерными, поэтому расчет характеристик фильтров основан на методах физической оптики [9, 10].
Традиционные области применения оптических фильтров — аналоговая кино-, фото- и телевизионная техника, осветительные системы и другие — в последние десятилетия расширились до интерферометрии, спектроскопии, цифровой техники, волоконно-оптических систем связи, анализаторов структуры ДНК и геномов, лазерных систем и т. д. Среди всего многообразия оптических фильтров отсутствуют пропускающие только требуемую и предварительно рассчитанную часть падающего излучения в разных диапазонах углов падения. Разработка такого фильтра основана на новом способе регулирования направленного светопропускания, защищенном патентом Российской Федерации [11].
1. Macleod, H.-A. Thin-Film Optical Filters / H.-A. Macleod. — 4th ed. — Boca Raton : CRC Press, 2012. — 800 p.
2. Microporous phase-separated films of polymer blends for enhanced outcoupling of light from OLEDs / R. Liu [et al.] // Optics Express. — 2011. — Vol. 19. — P. A1272–A1280.
3. Yanzhong, C. Structured lens formed by a 2D square hole array in a metallic film / C. Yanzhong [et al.] // Optics Letters. — 2008. — V. 33. — P. 753–755.
4. Fehrembach, A.-L. Phenomenological theory of filtering by resonant dielectric gratings / A.-L. Fehrembach, D. Maystre, A. Sentenac // The Journal of the Optical Society of America. — 2002. — Vol. A 19, № 6. — P. 1136–1144.
5. Plasmonic critical angle in optical transmission through subwavelength metallic gratings / Z. Wang [et al.] // Optics Letters. — 2011. — Vol. 36, № 23. — P. 4584–4586.
6. Multi-channel and sharp angular spatial filters based on one-dimensional photonic crystals / S. Jiang [et al.] // Chi-nese Optics Letters. — 2006. — Vol. 4, № 10. — P. 605–607.
7. Wide-field-of-view narrow-band spectral filters based on photonic crystal nanocavities / W. Nakagawa [et al.] // Optics Letters. — 2011. — Vol. 27, № 3. — P. 191–193.
8. Cимовский, К. Р. О материальных параметрах метаматериалов / К. Р. Симовский // Оптика и спектроскопия. — 2009. — T. 107, № 5. — С. 766–793.
9. Mazilu, M. Modular Method for Calculation of Transmission and Reflection in Multilayered Structures / M. Mazilu, A. Miller, V. T. Donchev // Applied Optics. — 2001. — Vol. 40. — P. 6670–6676.
10. Periodic dielectric bars assisted enhanced transmission and directional light emission from a single subwavelength slit / Z.-B. Li [et al.] // Optics Letters. — 2006. — Vol. 14. — P. 8037–8042.
11. Способ регулирования направленного светопропускания : патент 2509324 Рос. Федерация : 6 G02B 5/20, E06B 9/24, G02B 1/10 / Р. С. Закируллин. — № 2012130148 ; заявл. 17.07.12 ; опубл. 10.11.12, Бюл. № 31. — 3 с.
12. Закируллин, Р. С. Способ углового селективного регулирования направленного светопропускания / Р. С. Закируллин // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. — 2013. — № 3 (85). — С. 17–22.
13. Закируллин, Р. С. Селективное регулирование направленного светопропускания по углам падения лучей / Р. С. Закируллин // Журнал технической физики. — 2012. — Т. 82, № 10. — С. 134–136.
14. Закируллин, Р. С. Расчет параметров оптического фильтра с угловым селективным светопропусканием / Р. С. Закируллин // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. — 2013. — № 5 (87). — С. 54–58.
15. Zakirullin, R. S. Grating optical filter for pre-adapted angular selective regulation of directional light transmission / R. S. Zakirullin // 8th Iberoamerican Optics Meeting and 1th Latin American Meeting on Optics, Lasers and Applications. Proc. SPIE. — 2013. — Vol. 8785. — P. 15.
16. Закируллин, Р. С. Интеллектуальное окно как оптический фильтр с угловым селективным светопропуска-нием / Р. С. Закируллин // Науч. вестник Воронеж. гос. архитектурно-строит. ун-та. Архитектура и строительство. — 2014. — Вып. 1 (33). — С. 11–19.
17. Закируллин, Р. С. Оптический фильтр с угловой селективностью светопропускания / Р. С. Закируллин // Оптический журнал. — 2013. — Т. 80, вып. 8. — С. 16–24.
