Устройство формирования волнового фронта монохроматического излучения

 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при контроле качества оптических поверхностей, при облучении мишеней заданной формы в лазерном термоядерном синтезе. Сущность: устройство содержит оптически связанные источник света 1, компенсационный фазовый оптический элемент 2 и облучаемый предмет 3. Компенсационный оптический фазовый элемент выполнен в виде пропускающей или отражающей зонированной пластины с микрорельефом . Высота микрорельефа и форма зон изменяются по закону, соответствующему заданному преобразованию волнового фронта. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК, » Ы 1784936 А1

1Г ог G 02 В В/32, В 03 Н 1/02, 6 01 В 9/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М

1 .:...:. - . - 2 (21) 4730451/25: .::: (57) Изобретение относится к области опти(22) 18.08.89 ..... ческого йриборостроения и может быть ис(46) 30.12.92, 6еп. М 48 ..:, пол ьзо-в ано при кон троле ка чества .(71) Самарский авиационный институт . оптических п1оверхйостей, при облучении

ИМ.аКад. С.П.КОрОЛЕВа И ЦЕНтраЛЬНОе-КОН-: МИШЕ1нЕй,эадайНОй фОрМЫ В ЛаЗЕрНОМ тЕрструкторскоe бюро уникального йриборост- моядерном синтезе; Сущность: устройство роения AH СССР:: .. содар/жит оптйчес0ки свяэанные иСточник (72) М.А.Голуб; В.А.Сойфер и И.Н.Сисакян .света 1, компейсацйонный фазовый огггиче(56) Авторское свидетельство СССР : ский элемент 2 и облучаемый предмет 3, М 5086711 КЛ. G 01 В 11/30, 1976..: " : . : Компенсационный оптический фазовый элеАвторское свидетельство СССР :;::" мент;выполнен в виде пропускающей или

N 277269, кл. G 01 В 11/02, 1970, : ..:-.: отражающей зонированной пластины с микАвторское:свидетельство СССР .: . : . рорельефом. Высота микрорельефа и форма 1516767, кл.. G 01 В 9/00, 1989.:,. : эон-изменяются по закбну, со1отаетствуЮ-, (54) УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ВОЛ- щему заданному преобразОванию вол1ново-

НОВОГО ФРОНТА МОНОХРОМАТИЧЕ-..: г/о фронта, 1 ил..:.-- . .: -.-:: :-,:. . 3

СКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Ъ% !

1784936

Изобретение относится к оптическому где !)(!.!М) — высота микрорельефа пластинки приборостроению и может быть использо- в точке(0, V); вано при контроле качества оптических по- (U, V) — декартовы координаты в плосковерхностей, при облучении мишеней сти пластийки с началом в ее центре; заданной формы в лазерном термоядерном 5 + p(U,V) — в случае пропускающей пласинтезе, при контроле формы поверхностей стинки; в Фа6хиностроении. — p.(U,V) — в случае отражающей плаИзЪестен компенсатор для койтроля ка- стинки; яства-,астрономическйх зеркал, содержа- v(il,á}- коэффициент, описывающий щий источник света, компенсатор в виде 10 разность показателей преломления мадвух линз. Данное устройство фор!йирует териала npi4 различных углах наклона волновой фронт 2-го порядка. " освещающего пучка к,плоскости пла-

Известно устройство, осуществляющее стинки; способ контроля оптических поверхностей

, (, Hl = g ледуемой поверхности с эталонным волнои — и,> з!и вым фронтом, восстановленным о пропускающей пластинки; голограммы, содер>кащее источник света и ю (й, 0) = 2COS 0- для отражающей плаоптический элемент в виде голограммы.: стинки", Наиболее близким по технической сущ- 20 А- рабочая флина волны;, ности к изобретению является устройство,.:: п-показатель преломления материала, контроля оптических асферических йоверх- . образующего микрорельеф;... ностей,содержащее последовательно апти- по — показатель преломления среды, в чески связан н ые источник света, которой находится микрорельеф; коллиматор, светоделитель, шйрокоапер- 25 0- угол наклона луча освещающего турный компенсационный оптйч)еский эле-: пучка к плоскости пластины; мент, который выполнен в вйде набора п)общ„(ффункция, равная наимейьшемалоапертурных плоскйх фазовых ойтиче: . му поло>китейьйому остатку от деления t на ских элементов. Каждйй апертурный пло- . 2 „- гп ский фазовый оглический элемент ЗО " п1 целоечссдо п1 =1 2" выполнен в виде пропускающей или отра- V (U V)-эйконалосвещающегоп чка

>i< ioé пластинки с м) кР Ре МФ :.;: qr (О V)„0 для ос о

Однако фоРма микроре ефа йластин- волнового ф,о . а. ки не позволяет получить. несимметричный волнового фронта; -М . " "" 5 W.р 1 "ц с " Р .— осевой сегмент волнового фронта враще- .;: . " + ния, т.е, обладает узкими функциональными

° рического волнового фронта с координатой

Цель изобретения — расшйрение функ- " „акс„а центра S ;

40 — раксиа ьные рад усы "p в зR i,¨ã - параксиальные pàäè сы к ивизтем формирования несимметричного волнового фронта 2-ro порядка. e1 — эксцентриситет сечения поверхно

Указанная цель достигается тем, что в еоез ось иоптическ юось стй волнового фронта плоскостью и охо я-

УстРойстве, соДержащем оптичес связан- — асс ояние ме ла ой щей через ось и оптическ ю ось; ные источник света и компенсационный фа- 45 шиной волновоrî фрон га; зовый оптический элемент в ви е

Р(х,у) — коэ ициент к йзнй волновойропускающей или отражающей зонированной пластинки с микрорельефом, форма

ro фронтамикрорельефа в каждой зоне и границы зон описываются уравнением 50 Р у 1 (— + — } р(х,у) = — е х Е

R> R1 В2 х.у - решения системы уравнений

h(U,v} = — AlOCl р,„(+p(u,÷}),(1) R1 — „х (Ri 1

R> R>1 e) P ",Y

Р(л} =pо - != (! (1 — р(х,у)}) я2 р

2 л Ri 55 (3)

Вз 1 ej Р х,У

1-е v — „+" (>)(— ) — ii0cos8 для 1+(" — ), +у.iu,v) @

Rj ГЯ р (х,V}

1784936

5, 6

Для пояснения сущности изобретения На чертеже показано устройство фора качестве примера рассмотрим устройст- мирования волновогло.фронта монохромативо формирования волнового фронта, пре- ческого йзлучейия. образующее сферический или плоский: устройствто сгодержуить о(тгически связанволновой фронт, в поверхность 2-го поряд- 5 ные источник света 1, компенсационный фака Z = f (х,у), определяемую уравнением .: зовый оптйческий элемент 2 и облучаемый предмет 3. Компенсационный фазовый опх2 2 1 1 Д 1 е -: . тический элементгвыполнен в виДе попУска- . — + R +2(R +. R ) f +2f =0 . ющей или отгражчанющей зонированной (4) .. 10 пластинки. При этом фазовая функция р (U, .V) рассчитывается íà 38М. по формуле (2), : Приводится к интервалу(0, 2 гт m), в резульгде = ; :, : тате чего пластййка разбивается на зоны. д! 2,: уравнение грганииы ).Й зоны имеет вид

R3,R2 — параксиальные радиусь(кф)иВиз- . : - р(U V) ), (2 д„) (ц) ны в вершине; е1,e2 — эксцентриситеты . Форма рельефа в каждой зоне опредепри е1 < 1 —,полУчаем эллипсоид; ": ляется формулами (1), (2). Пластинка изгоэллиптически" паРабологид : 20 тавливается из прозрачного материала с е2>1-двухполостный гиперболоид ..Показателем преломления так, что высо а

В частном случае при R> = R2 полУчаем . фазового рельефа >(U, v) в каждой зоне . поверхность вращения, если же Ri - R2 и

e> - 1, то приходим к поверхности s вйде меняется от 0 до р- и описывается сферы.. . . - 25 формулой(1).

Решая уравнение (4) относительно f. Расстояние! между компенсационным

ПОЛуЧаЕМ ураейвчНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ВОЛНОВО-. фаэОВЫМ ОПТИЧЕСКИМ ЭЛЕМЕНТОМ И ВЕРШИго Фро"та: -..:., -:-: . ::: " : .:.::,:.ной волнового фронта может быть выбрано

1(x y) — (1 P(x у))" ".: (5)" по согласУюЩемУсЯ С УРавнением (3) выРа1 — е.: 30 жению

Рассматривая код лучей нормалей к Ао- ерхности (5) и оз"ьзусь формул8MN диф Af) l ) + феРенциальной геометРий, нЕтРУдно. .:.. .. % 1 е Р(хУУ) получить, что координаты точки (U, V, 0) на; 1=, 1. д(9) поверхности зонированной пластигнки" и Ç5 - : ., ..: .. :. :р;(") точки (x, у, f(x,у)) на поверхности (5) eohíîâîРассмотрение хода луча в простРанстве ского элемента. . междУ зонированной .пластиной и волно-, .:: 2A — размер формируемого eoÄÄoeoro вым фронтом, где фаза постоянная, пбзьвио.- 40 фронта - . . лЯет записатьгУРавнение - : -:.:::::;:,::, . " Возможен ваРиант йзтотовлгенчиЯ микрорельефа методом компьютерной оптики, (6) . ": . :. - Для изготовления микрорельефа снача. 4 ла вычерчиваются одгин или несколько фотогде --расстояниеотточки(0, V,Î)äîòî÷êè 45 шаблонов с помощью -фотопостроителя, (x У f(x,у)) определяеМоепофоРмулгамана-: сопряженного с ЭВ . Засветка в каждой

: "ит"."ес."о" "еометри" . л .,з,:"... точке фотошяаблона выбирается в соответстВыРажая азиз Уравнения (6), полуимч вии с отсчетамигфазгозвой функции p (U, V).

50 Затем распределение оптической плотноу> б) гг) п з((1 " (1 Р(„„)), : сти фотошаблона переводится в раслреде1 — е .,: ление вйсоты рельефа в масштабе 1.1 или с уменьшением. Здесь. может испол ьзоватьоя

+ гх + у 1,+ ((p (+>> (7) процесс отбеливанйя фотошаблона или техя я р (х у) )» 55 нология фотолйтографии, заключающаяся в последовательном травлений стеклянной

2 ж подложки через слой фоторезиста, экспонигде - -д —, а значения х,у определяются по рованной через соответствующие фотошабзначениям U, V путем решения уравнений ланы, (3).

1784936

-п,созд

7 8

Пучок монохроматйческого света от ис- + p(U,V) — в случае пропускающей платочника 1 падает на зонированную пластин- . стинки; ку 2 и взаимодействует с ее микрорельефом, — р (U,V) — в случае отражающей плаВ силу дифракции света на микрорельефе стинки; происходит интерференционное сложение 5 м (n, О) — коэффициент, описывающий световых колебаний от отдельных зон мик- разность показателей преломления матерарельефа, Фазы отдельных зон микро- риала при различных углах наклона осверельефа согласно уравнениям (6), (2) щающего пучка к плоскости пластины, подобраны так, что результатом сложения ;;;; 6 . М 4Ы,М Ф r.;Е- „,-:;;. g фронт, форма которого описывается уравне; нием (5), .::...:::: пропускающей пластинки: посравнениюс прототипом предлагае-. 1)(п,д) =2 cosΠ— для отражающей мое устройство обесйеЧивает формирова- пластинки; йие требуемого волнового фройта 2-ro 15 X-рабочая длийа волны; порядка эа счет использования зонирован- и — показатель преломления материала, ной пластины с микрорельефом, форма ко-. образующего"микрорельеф; торого и границы зон опйсывэются . п) -. показатель преломления среды, s уравнениями(1),(2). Это поэволитповысить которой йаходится микрорельеф: качество койтроля оптических поверхно- 20 0- угол-йаклона лучв, освещаю е клона уч, освещающего стей и поверхностей в машиностроении пучка к плоскости-пластинки;

Кроме того, оно может использоваться как .. mode д" (т) — функция; Равная наименьформирователь ойорного пучка ля "повы- . шему положйтельномуостаткуотделения t шения качества обращения волнового на 2,)г -д ."" фройта на основе нелинейных эффектов. 25: m целое цисьо- m-1 2

Устройство Формирования волHoioro " Я о(Ц,Я-0 -"для плоскОго освещающефронта монохроматического "излучения, го-волново фр - го вблнового фронта, предназначенное для контроля оптйческих

М Ф . Ф я, . 1 w,(, )-ь О Ф занные источник света и компенсационный .:.: " " + фазовый оптический элемент в виде пропу-,р - О ко, ин,, и скающей или отражающей зонированной ческого волнового фройта с коо инатой,: пластинки с микРоРельефом, отл и ч а e - и R р ь е а и сы к ивиз центра $о, щ е е с я тем, что, с целью расширения 35

В1Я2 — параксиальные а и сы к ивизфУнкциональных возможностей пУтем фор- .. — ц о ситет сечения пове хны в вершине волнового онта; е1,e2 — эксцентриситет сечения пове хности волнового ф онта плоскостью и х в каждой зоне и границы зон описываются дящей через ось 0 и оптическ ю ось

ы отся .! — расстояние между пластиной и верУр е ие 4 шиной волнового фронта, " ", Р(х;у) — коэффициент кругизны волново (ОМ) -Р— @ Alod 2Ы-Ф(.(") . гОфРО

«1, - (1 „(„„) ). R1 R1 R2

R 4ь р("") i — — ((+ )

1 — е, (х,y) — решения системы уравнений.. <+(+ -) ." + а(uë}

В} R) р (х,у) 50 где h(U,V) — высота микрорельефа пластинки в точке (U V); (КЯ вЂ” декартовы координаты в плоскости пластинки с началом в ее центре:

55 =у — +g-(— -0(— ), R2-I Й1 1 2 2 1 -е1 х,У