15. Пластинка лейкосапфира с переменным углом наклона

ПЛАСТИНКА ЛЕЙКОСАПФИРА С ПЕРЕМЕННЫМ УГЛОМ
НАКЛОНА ОПТИЧЕСКОЙ ОСИ КРИСТАЛЛА К ПОВЕРХНОСТИ.
В.Н., Ветров, Б.А. Игнатенков
ФГУП « НИТИОМ ВНЦ «ГОИ им. С.И. ВАВИЛОВА» РОССИЯ.
Тел 449 46 99, факс (812) 569 10 87, E- mail vasvetrov@mail.ru
Разработана методика получения пластинок из пластически деформированного
лейкосапфира с переменным углом наклона оптической оси кристалла к поверхности.
Рассмотрена новая оптическая задача: падение пучка лучей перпендикулярно поверхности кристалла, в котором оптические оси расположены под разными углами к поверхности.
Ранее нами показано, что образование конуса оптических осей в заготовках
мениска или полусферической линзы полученных неоднородной пластической деформацией диска лейкосапфира, позволяет рассматривать последний, как новый
кристаллический оптический материал [1-2], обеспечивающий получение выпукловогнутых линз без двулучепреломления. [3-4].
Плоско-параллельные пластинки из лейкосапфира, вырезанные перпендикулярно оси симметрии заготовки мениска или полусферической линзы имеют переменный
угол оптической оси кристалла  относительно поверхности. В точке соответствующей
оси симметрии оптическая ось перпендикулярна поверхности диска (=90). В других
точках пластинки угол оптической оси кристалла  меньше 90 и обуславливается положением входящей поверхности пластинки относительно вершины заготовок и отклонением от центральной точки. Данная пластинка из текстурированного лейкосапфира
новый оптический элемент, который нельзя получить из монокристалла. Оптическая
задача: падение параллельного пучка лучей перпендикулярно поверхности пластинки, в
которой оптические оси расположены под разными углами до сих пор не рассмотрена
в научной литературе.
Рис. 1 . Схема получения пластины: (а) - из заготовки мениска, (б)- из заготовки полусферической линзы.
На рис.1 приведена схема изготовления плоско-параллельных пластинок из заготовки мениска (а), в этом случае имеем прямой конус оптических осей полученный
при пластической деформации полусферическим пуансоном. Угол между оптической
осью лейкосапфира и осью симметрии как функция отклонения определяется выраже y 
нием:
1
 1  arctg  1 
 1  x0 
где безразмерный параметр y1 = y/R, R – радиус мениска, а x0 – характеризует расстояние до точки В, т.е. положение пластинки относительно вершины заготовки. Для пластинки из заготовки полусферической линзы лейкосапфира (б), обеспечивающей прохождение преломленного луча коаксиально направления оптических осей [4], отклонение оптической оси от оси симметрии равно:

 y1 
  arcsin  
 2  arctg 

 1  x0 

ne  y1
2
2
1  x0   y1  n0 2 n e 2  n0 2  ne 2  x0 2
2








2
Угол 2 = 90- 2 во втором случае больше 1, что обусловлено особенностью
технологии полусферической линзы без двулучепреломления из лейкосапфира.
Обратимся к рис.1 из которого видно, что при нормальном падении параллельного пучка лучей двулучепреломление для рассматриваемых случаев можно использовать формулу, приведенную в работе [5] для случая, когда падающий фронт волны параллелен поверхности, а оптическая ось кристалла находится в плоскости перпендикулярной последней:
2
ne
3
tgp  2 tg
n0
где p угол между необыкновенным лучом и оптической осью кристалла, как и угол 
обуславливается рассеянием от центральной точки пластинки y1. Подставляя угол рассогласования оптической оси кристалла и необыкновенного луча в выражение:
2
2
n0  n   n0  n0 ne n0 sin 2 p  ne cos 2 p 
4


можно определить двойное лучепреломление в пластинке из текстурированного лейкосапфира при нормальном падении пучка лучей.
Рис. 2. Зависимость двойного лучепреломления пластинки из текстурированного лейкосапфира от отклонения точки от оси симметрии детали при нормальном падении паралельного пучка лучей.(1-заготовка мениска, 2-заготовка полусферической линзы,
=4,206 мкм.)
На рис.2 приведена зависимость двулучепреломления от координаты y1,
т.е. расстояния от центральной точки с нулевым значением двулучепреломления, показывающая характер изменения исследуемого параметра по поверхности пластинки.
Полученное изменение двулучепреломления обусловлено только изменением направления оптической оси кристалла в пластинке. На кромке пластинки величина двулучепреломления достигает величин 110-3 для пластинки из заготовки мениска, что более
чем в 5 раз более, чем в случае использования исходной заготовки полусферической
линзы. При сравнении с пластинкой, вырезанной из монокристалла под заданным углом к оптической оси кристалла, будем наблюдать постоянное значение двулучепреломления, величина которого определяется вышеуказанным углом.
Использование формулы (4) позволяет определить зависимость показателя преломления необыкновенного луча от расстояния от центральной точки в пластинке из
лейкосапфира, которая приведена на рис. 3. Данная зависимость характеризует степень
отклонения необыкновенного луча от нормали к поверхности и соответственно направления обыкновенного луча.
Рис.3. Зависимость показателя преломления необыкновенного луча для точек п оверхности пластинки из текстурированного лейкосапфира (1-заготовка мениска, 2заготовка полусферической линзы, =4,206 мкм.).
Полученные образцы в виде плоско-параллельных пластинок с переменным
углом оптической оси кристалла к поверхности не имеют природного аналога. Модифицирование оптических свойств при неоднородной пластической деформации
одноосных кристаллов позволяет разрабатывать детали с уникальными оптическими свойствами.
1. Ветров В.Н., Игнатенков Б.А., Текстурированный оптический лейкосапфир// Оптический журнал, 2008 г., т.75, №2, с. 70-73
2. Ветров В.Н., Игнатенков Б.А., Оптические свойства пластически деформированного
лейкосапфира// Сборник трудов восьмой международной конференции « Прикладная
оптика – 2008» г. Санкт-Петербург, Россия, 2008 г., с.103-105.
3. Афанасьев И.И., Андрианова Л.К. Ветров В.Н., Игнатенков Б.А., Рыжиков Э.Н. Способ получения оптических линз // Патент РФ №1773956, Бюллетень №41 от 07.11.92.
4. Ветров В.Н., Игнатенков Б.А., Письменный В.А., Рыжиков Э.Н., Дукельский К.В.
Способ получения оптических линз из лейкосапфира// Заявка на изобретение
2008131710/28 от 31.07.2008 г.
5.Шустер А., Введение в теоретическую оптику, ОНТИ, Л.М., 1935, 376с.