Устройство для передачи и фокусировки пучка электромагнитного излучения

 

Изобретение относится к оптике, в особенности к устройствам для передачи и фокусировки излучения субмиллиметрового диапазона, и позволяет стабилизировать размеры и форму фокального пятна независимо от изменений свойств первичного падающего пучка. Устройство содержит польй диэлектрический волновод 1 и фокусирующий элемент 2, расположенные на одной оптической оси. Выполнение математических соотношений, указанных в тексте формулы, обеспечивает работу диэлектрического волновода как фильтра его распространякяцейся моды, имеющий близкий к плоскому фазовый фронт. Это в свою очередь дает возможность получить хорошо сфокусированное пятно в плоскости фокусировки 3, которое может быть сдвинуто вдоль оптической оси путем перемещения фокусирующего элемента 2. 3 ил. а (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1429079 А 1 (51) 4 G 02 В 27/40 G 01 J 1/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И ФОКУ-:

СИРОВКИ ПУЧКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО И3

ЛУЧ ЕНИЯ (57) Изобретение относится к оптике„ в особенности к устройствам для передачи и фокусировки излучения субГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4021344/24-10 (22) 10.02.86 (46) 07.10.88. Бюл, В 37 (71) Харьковский государственный университет им.А.М.Горького (72) В.А.Епишин, В.Н Рябых, В.А.Свич и А.Н.Топков (53) 535.818,4 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР В 1190338, кл. С 02 В 27/40, 23.12.83.

Радиотехника и электроника. 1974, т,19, У 5, с.1096. миллиметрового диапазона, и позволяет стабилизировать размеры и форму фокального пятна независимо от изменений свойств первичного падаю" щего пучка. Устройство содержит по» лый диэлектрический волновод 1 и фокусирующий элемент 2, расположенные на одной оптической оси. Выполнение математических соотношений, указанных в тексте формулы, обеспечивает работу диэлектрического волновода как фильтра его распространя" ющейся моды, имеющий близкий к плоскому фазовый фронт. Это в свою очередь дает возможность получить хорошо сфокусированное пятно в плоскости фокусировки 3, которое может быть сдвинуто вдоль оптической оси путем перемещения фокусирующего элемента 2. 3 ил.

1429079

Изобретение относится к устройстам, осуществляющим передачу, фокуировку пучков электромагнитного изучения, и может быть использовано, апример, в системах интерферомет- рической диагностики плазмы термоядерных установок.

Цель изобретения — стабилизация размеров и формы фокального пятна и обеспечение возможности его осевого передвижения.

На фиг. 1 приведено устройство, общий вид; на фиг.2 — распределе,ние интенсивности поля в фокальном, пятне; на фиг.3 — экспериментальная . зависимость, связывающая расстояние !

;от фокусирующего элемента до волно1 вода и от фокусирующего элемента до фокальной плоскости. !

Устройство содержит полый диэлек-. трический волновод 1 и фокусирующий элемннт 2, расположенные на одньй оптической оси. За фокусирующим элементом 2 находится плоскость 3 фокусировки.

Устройство работает следующим образом.

Пучок электромагнитного излучения возбуждает волновод 1 с внутренним диаметром Й и длиной L выполненной в виде фильтра его распространяющейся моды, имеющей близкий к плоскому фазовый фронт. Радиальное распределение поля этой моды приближенно описывается функцией Бесселя первого рода нулевого порядка I (4,81 r/d), где r - цилиндрическая координата полого канала волновода, о ; г: Й/2.

Формирование амплитудного распре" деления указанного вида происходит тогда, когда диаметр полого канала значительно превосходит длину волны излучения. Практически необходимо условие

Й вЂ” -,-> 10.

)l

Фильтром указанный моды попый диэлектрический волновод становится эа счет присущего ему свойства само". фильтрации, которое проявляется, когда длина волновода L u его днам тр Й удовлетворяют условию

ЙФ

4WL

Это связано с тем, что величина

N — — является параметром Фре4М. неля пучка излучения, распространяющегося в волноводе. При N <1 становится существенной раскодимость этого пучка и реализуется волноведущий эффект полого канала. Конструктивные параметры волновода характеризуются соотношением

10 10(— — < 2

Пучок излучения с указанным исходным распределением на расстояниях

1, удовлетворяющих соотношению

d (6)l 1<1,8 Й (D-d), где D — диаметр апертуры фокусирующего элемента„приобретает распределение поля, близкое к кривой

Гаусса и при взаимодействии с фокусирующим элементом 2 в случае 1 f (Š— фокусное расстояние фокусирующего элемента) образует в плоскости

25 3 сфокусированное пятно высокого оптического .качества независимо от качества и стабильности исходного пуч- ка. Изменяя расстояние 1 путем nepel мещения волновода вдоль оси или

30 изменения его длины (например, при помощи калиброванных отрезков волновода), изменяют местоположение плоскости фокусировки приближенно в соответствии с соотношением

35 ° 1

В = — — — (фиг. 1)

1-й где  — расстояние от фокусирующего элемента до плоскости фоку40 сировки.

На фиг.2 и 3 приведены результаты экспериментальной проверки работоспособности устройства. Источником излучения служил СН ОН-лазер (3l

= 0,1188 мм) с накачкой пучком СО лазера. Полый диэлектрический волновод выполнен иэ стекла с диаметром канала 6,2 мм и длиной О, 1-0,6 м.

Фокусирующий элемент представляет собой сферическое зеркало с радиусом кривизны 0,77 м.

Эксперимент состоял в сканировании при помощи электропривода пироприемника, закрепленного в координатном устройстве, в поперечной к направлению распространения пучка плоскости и записи самописцем распределения интенсивности излучения.

При этом в указанных пределах измез 1429079

4 нялась длина полого диэлектрическо- можности его осевого передвижения, го волновода, что приводило к изме- диэлектрический волновод имеет длинению 1 и Ь в интервалах 0,86 — 1,36 ну L и диаметр полого канала d, выи 0,7 — 0,525 м соответственно. бираемые из условия

На фиг.2 приведены практически идентичные распределения интенсив- 1О< - - 2 ности поля в фокальных пятнах, соответствующие крайним точкам интервала изменения Е : 1прн b 0,525 м и 2 при Ь 0,7 м.

Формула изобретения

d (631 c1,8 d (D-d) и

1 Е, Вм

10 0 1Р ;ю1 08 9 1,0 11 12 1Я 11 6,Ю

Риг. 2 РМ2.

Устройство для передачи и фокусировки пучка электромагнитного излучения, содержащее соосно расположенные фокусирующий элемент и полый диэлектрический волновод, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью стабилизации размеров и формы фокального пятна и обеспечения возгде А - длина волны излучения, 1р и расположен по ходу пучка перед фокусирующим элементом соосно с ним на расстоянии 1, которое удовлетворяет условиям где D . — диаметр апертуры фокусирую20 щего элемента; — фокусное расстояние фокусирующего элемента.