Устройство для фокусировки излучения в кольцо
Изобретение относится к дифракционной оптике и может быть использовано для фокусировки излучения в кольце при технологических применениях лазеров Устройство выполнено в виде дифракционного оптического элемента, фазовый профиль которого образован изофазными линиями представляющими собой одноили многозаходную спираль. Приведена функция комплексного пропускания этой спирали Благодаря такому выполнению повышается качество фокусировки путем уменьшения интенсивности центрального максимума 3 ил
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИ.К
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4828548/10 (22) 22.05.90 (46) 30.04.92. Бюл. ¹ 16 (71) Куйбышевский филиал Физического института им. П.Н,Лебедева (72) В.Г.Волостников, Е.Г.Абрамочкин и Н, Н.Лосевский (53) 636,8(088.8) (56) Автометрия, 1989, ¹ 4, с, 47, Автометрия, 1987, ¹ 6, с. 8. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОКУСИРОВКИ ИЗЛУЧЕНИЯ В КОЛЬЦО Изобретение относится к дифракционной оптике и может быть использовано для фокусировки излучения в кольцо при технологических применениях лазеров. Известны модулированные дифракционные линзы, формирующие кольцеобразное распределение интенсивности в фокальном пятне. В данном случае функция пропускания фокусирующего элемента может быть представлена в виде произведения функций пропускания сферической линзы и модулирующего ступенчатого фазового фильтра. Последний производит инвертирование фазы излучения, проходящего через централ ьную область элемента. Однако при таком подходе диаметр кольца фокусировки и ширина кольца жестко связаны между собой, поэтому отсутствует возможность изменения диаметра кольца независимо от его ширины. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фокусирующий элемент типа "сферическая линза плюс аксикон", Функция пропускания данного фокусирующего элемента имеет вид; „„5U„„1730606 А1 (57) Изобретение относится к дифракционной оптике и может быть использовано для фокусировки излучения в кольце при технологических применениях лазеров, Устройство выполнено в виде дифракционного оптического элемента, фазовый профиль которого образован изофазными линиями, представляющими собой одно- или многозаходную спираль. Приведена функция комплексного пропускания этой спирали. Благодаря такому выполнению повышается качество фокусировки путем уменьшения интенсивности центрального максимума. 3 ил, Т(г) = ехр (гр (г)), — Kr Krro 2 где у (г) — 2R, + К=2 л/А; r — полярный радиус; г, — рэди с кольца фокусировки; Ro f o+ I fo — фокусное расстояние. При этом изофазные линии фазового профиля имеют вид концентрических окружностей. Принципиальным недостатком данных фокусирующих элементов является наличие локального максимума интенсивности в центре распределения поля в фокальной плоскости, оказывающее "паразитное" воздействие в случае практического применения элементов в лазерной технологии. При азимутальной симметрии изофазных линий фазового профиля фокусирующего элемента устранение максимума невозможно. Цель изобретения — улучшение качества фокусировки путем уменьшения интенсивности центрального максимума. 1730606 55 Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для фокусировки излучения в кольце, выполненном в виде дифракционного оптического элемента, изофазные линии выполнены в виде одно- или многозаходной спирали, функция Т (r, а) комплексного пропускания которой определяется из соотношения T(r, а) = exp (i p(r, а)), где у (г,а)= 2R + R +пй; Kr Кгго 2йо о r — текущий поляоный радиус; а — текущий азимутальный угол; 2л К вЂ” волновое число, равное К = †вЂ, А - рабочая длина волны; ro — заданный радиус фокусируемого кольца; R, = ч97 + г :,: fo — заданное фокусное расстояние; п = 1,2,3... — число заходов спирали. На фиг.1 представлена форма изофазных линий известного фокусирующего элемента (без квадратичного фазового Mножителя); на фиг,2 — то же, предлагаемого фокусирующего элемента; на фиг.3 — формы распределения интенсивности в фокальной плоскости фокусатора при n = О (известное устройство), n = 1, 2 и 3. Предлагаемое устройство для фокусировки излучения в "кольцо" представляет из себя дифракционный оптический элемент с функцией пропускания. Т(г, а ) = ех р (i rp (r, а )), г где p(r,a)= + +no: Kr Кгго 2 Во йо n — целое число, отличное от нуля; а — азимутальный угол. При этом изофазные линии фазового профиля фокусатора имеют форму спирали (фиг.2). Количество "заходов" спирали определяется целым числом п. Фокусирующий элемент, описанный в известном устройстве, реализуется при и = О. Устройство работает следующим образом. Фокусирующий элемент устанавливается в однородный световой пучок. Преобразованный фокусирующим элементом световой поток на расстоянии от элемента 5 формирует кольцеобразное распределение интенсивности радиуса rp. При п, отличном от нуля, интенсивность в центре кольца равна нулю. Локальный максимум в центральной области имеет форму кольца малого 10 радиуса, причем интенсивность излучения в этом кольце существенно ниже, чем в центре при n = О, Так, для фокусирующего элемента с фокусным расстоянием 4 = 500 мм и радиусом кольца фокусировки r< = 5 мм 15 максимумы интенсивности в центральной области при п = 0,1,2,3 относятся соответственно как 1: 0,32: 0,24: 0,18. Таким образом, фокусирующий элемент с предлагаемым фазовым профилем обеспе20 чивает улучшение кольцеобразной формы распределения интенсивности светового поля в фокальной плоскости. Формула изобретения Устройство для фокусировки излучения 25 в кольцо, выполненное в виде дифракционного оптического элемента, фазовый профиль которого образован изофазными линиями, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения качества фокусировки пу30 тем уменьшения интенсивности центрального максимума, изофазные линии выполнены в виде одно- или многозаходной спирали, функция T(r, a) комплексного пропускания которой определяется из соотно35 шения T(r, а) =exp)i р(г, а)) где p(r а)= — 2R + < +« Ky Krro 2йо о r — текущий полярный радиус; а — текущий азимутальный угол; К вЂ” волновое число, равное К = 2л /А; А- рабочая длина волны; r> — заданный радиус фокусируемого кольца; Ro=f о+1 о, fo — заданное фокусное расстояние; и = 1, 2, 3, „, — число заходов спирали. 1730606 Фцл / 1730606 1730606 Imu» I тэ 1=2 Л=.У 50 Составитель В,Волостников Редактор М,Петрова Техред М.Моргентал Корректор Н.Тупица Заказ 1511 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
