Устройство формирования конического лазерного пучка

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ КОНИЧЕСКОГО ЛАЗЕРНОГО ПУЧКА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Хило Николай Анатольевич Чивель Юрий Александрович Юшкевич Владимир Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Устройство формирования конического лазерного пучка, содержащее лазер, оптически связанный с аксиконом и поворотными оптическими элементами, отличающееся тем, что поворотные оптические элементы выполнены в виде трехгранных конических призм полного внутреннего отражения, а аксикон выполнен в виде отражательного аксикона с углом при вершине, большим или равным 90. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено фазовым оптическим элементом, установленным перед отражательным аксиконом и предназначенным для выравнивания интенсивности света на оси конического пучка. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено сферической линзой, установленной перед отражательным аксиконом с возможностью ее перемещения вдоль оптической оси устройства. 4. Устройство формирования конического лазерного пучка, содержащее лазер, оптически связанный с аксиконом и поворотными оптическими элементами, отличающееся тем,что поворотный оптический элемент выполнен в виде четырехгранной конической призмы с полупрозрачным диэлектрическим покрытием на входной грани с коэффициентом отражения 64 на длине волны лазера при угле падения 45, а две прилегающие к ней грани снабжены покрытием с коэффициентом отражения 100 , а угол между ними составляет Данная полезная модель относится к области оптики цилиндрических пучков и может быть использована при формировании конических лазерных пучков в различных областях их применения. Известно устройство 1 для формирования и фокусировки конического лазерного пучка, содержащее лазер, оптически связанный с рефрактивным аксиконом, поворотным и фокусирующим оптическими элементами, выполненными в виде зеркальной трубки. Недостатком данного устройства является сильная неоднородность распределения интенсивности излучения вдоль оси конического пучка при гауссовом и равномерном (супергауссовом) распределении интенсивности лазерного излучения в поперечном сечении исходного лазерного пучка. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство 2, которое содержит лазер, оптически связанный с рефрактивным аксиконом,поворотным и фокусирующим оптическими элементами. Недостатками данного устройства являются большие продольные габариты устройства из-за использования рефрактивного аксикона и неравномерность распределения интенсивности излучения вдоль оси конического пучка при гауссовом и супергауссовом распределении интенсивности лазерного излучения в поперечном сечении исходного лазерного пучка. Задачей разработки заявляемого устройства является расширение возможностей и области применения устройства. Устройство формирования конического лазерного пучка содержит лазер, оптически связанный с аксиконом и поворотными оптическими элементами. Новым является то, что поворотные оптические элементы выполнены в виде трехгранных конических призм полного внутреннего отражения, а аксикон выполнен в виде отражательного аксикона с углом при вершине, большим или равным 90. Новым является то, что устройство дополнительно снабжено фазовым элементом, например рефрактивным логарифмическим аксиконом. Новым является то, что устройство дополнительно снабжено сферической линзой, установленной перед отражательным аксиконом с возможностью ее перемещения вдоль оптической оси устройства. Сущность заявляемого устройства поясняется чертежом, изображенным на фиг. 1, на котором представлен общий вид устройства, и чертежами на фиг. 2 и 3, на которых представлены модификации устройства. 44392008.06.30 Базовыми элементами устройства и его модификаций являются отражательный аксикон 2 и поворотные элементы 3 и 4. Устройства преобразуют входной пучок 1 в конический пучок на выходе 5. Устройство на фиг. 1 работает следующим образом. Лазерный пучок 1 падает на отражательный аксикон 2 с углом при вершине 90 или более. После поворота излучения призмой 3 формируется кольцевой пучок, который после поворота призмой 4 преобразуется в сходящийся к оси оптической системы 5 конический пучок. Так как отражательный аксикон может работать при больших углах падения, продольные габариты системы резко сокращаются, а применение поворотных призм полного внутреннего отражения вместо металлических конических зеркал позволяет уменьшить потери излучения. Однако устройство на фиг. 1 обеспечивает близкое к равномерному распределение интенсивности излучения вдоль оси конического пучка 5 только в том случае, когда поперечное распределение интенсивностиво входном пучке уменьшается обратно пропорционально увеличению расстоянияот оптической оси устройства, т.е. когда 1/ (т.н. гиперболический профиль). В схеме на фиг. 2 используется дополнительный фазовый элемент 3, 4, например логарифмический аксикон 5, который преобразует входной супергауссов пучок в приблизительно гиперболический пучок. В этом случае распределение интенсивности излучения вдоль оси 5 конического пучка будет близким к равномерному (фиг. 5). В схеме на фиг. 3 сферическая линза 9 освещается коллимированным супергауссовым пучком (фиг. 6). Задняя фокальная плоскость линзы расположена в некоторой области 10(фиг. 3). В общем случае плоскость фокусировки 10 может располагаться на любом расстоянии от аксикона 2. Возможны три существенно различных случая фокусировки а) фокусное расстояниеменьше расстояния до выхода 5 б) данные расстояния равны в) фокусное расстояниебольше расстояния до выхода 5. Наибольший практический интерес представляет случай а). При таком расположении оптических элементов световое поле на выходе 5 будет представлять собой расходящийся конический пучок. Это приводит к увеличению продольного размера выходного конического пучка и выравниванию его интенсивности (примеры показаны на фиг. 7, 8, 9). При этом величина радиуса кривизныпучка, падающего на аксикон 2, может быть изменена за счет перемещения линзы 9 вдоль оптической оси устройства. В случае, когда фокусное расстояниевелико и удовлетворяет условию в) (см. выше),будет иметь место обратный эффект, т.е. уменьшение продольного размера выходного конического пучка . Уменьшение величиныможет быть также достигнуто за счет диафрагмирования пучка 1 круговой диафрагмой 8. Однако из-за потерь световой энергии диафрагмирование может применяться только для обрезания слабоинтенсивных краев пучка 1. В предельном случае б) в плоскости 5 будет наблюдаться сфокусированный конический пучок. Продольный размер его будет приблизительно равен поперечному размеру фокального пятна при фокусировке линзой 6 падающего супергауссова пучка. Другим вариантом устройства формирования конического лазерного пучка является то, что один из поворотных оптических элементов по сравнению с прототипом 2 выполнен в виде четырехгранной конической призмы с полупрозрачным диэлектрическим покрытием на входной грани с коэффициентом отражения 64 на длине волны лазера при угле падения 45, а две прилегающие к ней грани снабжены покрытием с коэффициентом отражения 100 , а угол между ними составляет /2 - ( 1 / 2 ), где- показатель преломления материала, из которого изготовлена призма. Сущность данного варианта заявляемого устройства поясняется чертежом, изображенным на фиг. 4. Базовыми элементами устройства, как и в первом варианте, являются отражательный аксикон 2 и поворотные оптические элементы 3 и 4. 44392008.06.30 Устройство на фиг. 4 работает следующим образом. Лазерный пучок 1 с супергауссовым поперечным профилем (фиг. 6) падает на отражательный аксикон 2 и преобразуется в расходящийся конический пучок. Отражательный аксикон в данной схеме работает при больших углах отражения, что резко сокращает продольные габариты системы. Отраженный аксиконом пучок освещает входную поверхность четырехгранной призмы под углом 45. Преломленное внутрь призмы световое излучение далее многократно отражается на ее гранях, как показано на фиг. 4. Каждый проход излучения внутри призмы осуществляет инверсию продольного профиля интенсивности на выходе. В результате сложения пучков излучения, возникших в результате многих проходов, произойдет гомогенизация (выравнивание) продольного распределения интенсивности на выходе аналогично первому варианту (фиг. 7-9). Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает близкое к равномерному распределение интенсивности излучения вдоль оси конического пучка и перестройку его протяженности. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.

МПК / Метки

МПК: G02F 1/00

Метки: формирования, устройство, пучка, лазерного, конического

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/5-u4439-ustrojjstvo-formirovaniya-konicheskogo-lazernogo-puchka.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Устройство формирования конического лазерного пучка</a>

Похожие патенты