Оптическое устройство для формирования лазерного излучения в виде квазипараллельного пучка

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в геодезии, машиностроении, приборостроении, медицине, спорте и других областях науки и техники, где возникает необходимость создания квазипараллельных пучков, которые на определенных длинах измеряемых трасс и рабочих зон осуществляют взаимодействие лазерного излучения с различными средами. Техническим результатом изобретения является повышение точности работы устройства на основе сформированного им квазипараллельного пучка, имеющего в начале и конце трассы и рабочих зонах одинаковые диаметры по определенному энергетическому уровню. Предлагаемое оптическое устройство для формирования лазерного излучения в виде квазипараллельного пучка содержит лазер, установленный последовательно и соосно с телескопической системой, включающей окуляр и объектив, выполненный в виде двух положительных линз, укрепленных вплотную друг к другу, при этом передняя фокальная плоскость первой линзы совпадает с перетяжкой формируемого лазерного пучка, а задняя фокальная плоскость второй положительной линзы совпадает с перетяжкой сформированного лазерного пучка в середине трассы. Объектив телескопической системы может быть выполнен в виде одной линзы с фокусным расстоянием

где f1 - переднее фокусное расстояние, f2 - фокусное расстояние, равное половине длины трассы или рабочей зоны L, а сам объектив в обоих вариантах выполнен с возможностью замены при изменении трассы измерений. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в геодезии, машиностроении, приборостроении, медицине, спорте и других областях науки и техники, где возникает необходимость создания квазипараллельных лазерных пучков, которые на определенных длинах трасс измерений и рабочих зон осуществляют взаимодействие лазерного излучения с различными средами.

Известно устройство для контроля отклонений положения объектов от прямолинейности, содержащее лазер, коллимирующее устройство в виде телескопической системы, фотоэлектрический анализатор, блоки обработки, регистратор и сканатор, установленный на оптической оси между объективом и фокальной плоскостью [1].

Недостатком этого устройства является неравноточность геодезических измерений на измеряемых трассах и появление дополнительных погрешностей (в различных лазерных технологиях) в связи с изменением диаметра лазерного пучка (dП) при свободном его распространении на измеряемых трассах и рабочих зонах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения поперечных смещений, в котором для коллимации лазерного излучения используется телескопическая система с возможностью производить фокусировку лазерного излучения путем смещения окуляра в сторону объектива на величину, соответствующую минимальному размеру диаметра лазерного пучка (dП) в определенных сечениях измеряемых трасс.

Устройство содержит последовательно расположенные лазер, формирователь лазерного пучка в виде телескопической системы и анализатор смещений. После формирователя пучка введен оптический мостик, состоящий из последовательно расположенных светоделительного элемента, отражателя и полупрозрачного элемента [2].

К недостаткам этого устройства следует отнести отсутствие возможности выбора оптимального увеличения Гтс телескопической системы, определяющего величину диаметра пучка на выходе телескопической системы (dтc). Эмпирические подходы к выбору оптимального значения dтc не приводят к формированию квазипараллельного пучка на трассах, что способствует неравноточности измерений на трассах.

Целью изобретения является повышение точности работы устройства на основе сформированного им квазипараллельного пучка, имеющего в начале, и концах трассы, и рабочих зонах одинаковые диаметры по определенному энергетическому уровню.

Указанная цель достигается тем, что оптическое устройство для формирования лазерного излучения в виде квазипараллельного пучка, содержащее последовательно и соосно установленные лазер, первую положительную или отрицательную линзу, работающие в качестве окуляра и, вторую - положительную оптическую систему - (объектив), составляющие совместно телескопическую систему. При этом оптическая система (объектив) выполнена в виде двух положительных линз, установленных вплотную друг к другу, причем передняя фокальная плоскость первой линзы объектива совпадает с исходной перетяжкой формируемого лазерного пучка, а задняя фокальная плоскость второй линзы - с перетяжкой сформированного лазерного пучка в середине трассы. Кроме того, на месте двух линз может быть установлена одна линза с фокусным расстоянием

где f1 - переднее фокусное расстояние первой линзы, a - заднее фокусное расстояние второй линзы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых на фиг.1 приведена принципиальная схема оптического устройства для формирования лазерного излучения в виде квазипараллельного пучка с двумя линзами, а на фиг.2 - с одной плоской положительной линзой.

На чертежах показаны: лазер 1, установленный на станине 2 совместно с телескопической системой 3, включающей объектив, выполненный в виде блока из двух (ЛА; ЛБ) или одной (ЛВ) плоских положительных линз 4, укрепляемых в ложементе (на чертеже не показан), окуляр 5 и место перетяжек пучка 6 и 7, переднее фокусное расстояние - f1, фокусное расстояние - f′2, которое равно половине длины трассы или рабочей зоны L. Место перетяжки 6 или 7 определяют путем оценки величины расходимости лазерного пучка в любом его сечении при совпадении которого с перетяжкой 6 или 7 расходимость лазерного пучка ψлп не превысит дифракционную расходимость лазерного пучка:

где λ - длина волны лазерного излучения,

ωп - диаметр лазерного пучка на энергетическом уровне 1/е2.

Согласно волновому подходу диаметр лазерного пучка на энергетическом уровне ωп равен диаметру перетяжки 6 лазерного пучка, под которым понимается минимальное сечение лазерного излучения, волновой фронт которого плоский. Такой перетяжкой 6 можно считать лазерное излучение на выходе плоского зеркала твердотельного, газового или полупроводникового лазера. При этом последний тип лазера может быть выполнен в виде лазерного блока, в который встроена миниатюрная телескопическая оптическая система, на выходе которой может быть сформирована перетяжка лазерного пучка.

Наличие перетяжки определяют условием 2,44·λ/ωоллп.

Это уравнение соответствует линиям волнового фронта. Линзы 4 (блок ЛА; ЛБ) установлены таким образом, чтобы переднее фокусное расстояние f1 линзы ЛА совпадало с перетяжкой 6, а фокусное расстояние f2 линзы ЛБ было равно половине длины трассы или рабочей зоны L (перетяжка 7).

Работает устройство следующим образом.

Излучение лазера 1, сформированное в виде перетяжки 6, образованной после фокусировки линзой окуляра 5, распространяется под влиянием дифракции в виде расходящегося пучка, достигая размера на одной из линз 4 (например, ЛА) размеров где Doпт - диаметр пучка на линзах 4 (ЛА; ЛБ и ЛВ). Диаметр пучка (Doпт) после прохождения линз 4, например (ЛА; ЛБ или ЛВ), не меняется, а волновой фазовый фронт становится плоским. Пройдя через линзу 4 (ЛБ), волновой фазовый фронт становится вогнутым и формирует перетяжку 7 на середине расстояния L. Описанный процесс не изменится при замене линз 4 (блока ЛА и ЛБ) одной линзой 4 (ЛВ) с фокусным расстоянием f3

которое соответствует определению суммарной оптической силе двух совмещенных линз (блока ЛА и ЛБ). При изменении длины трассы измерений L в ложемент объектива (на чертежах не показан) вставляются линзы 4 [блок линз (ЛА и ЛБ) или линза ЛВ] из кассетного набора с фокусными расстояниями, радиусами кривизны и диаметрами, соответствующими заданной длине трассы измерений.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №742708, М.кл. G01C 1/00 от 15.09.77 г.

2. Авторское свидетельство СССР №781567, М.кл. G01C 1/00 от 18.12.87 г. (прототип).

1. Оптическое устройство для формирования лазерного излучения в виде квазипараллельного пучка, содержащее лазер, установленный последовательно и соосно с телескопической системой, включающей окуляр и объектив, отличающееся тем, что объектив выполнен в виде двух положительных линз, укрепленных вплотную друг к другу, при этом передняя фокальная плоскость первой линзы совпадает с перетяжкой формируемого лазерного пучка, а задняя фокальная плоскость второй положительной линзы совпадает с перетяжкой сформированного лазерного пучка в середине трассы.

2. Оптическое устройство для формирования лазерного излучения в виде квазипараллельного пучка по п.1, отличающееся тем, что объектив телескопической системы выполнен съемным с возможностью замены.

3. Оптическое устройство для формирования лазерного излучения в виде квазипараллельного пучка, содержащее лазер, установленный последовательно и соосно с телескопической системой, включающей окуляр и объектив, отличающееся тем, что объектив выполнен в виде одной положительной линзы с фокусным расстоянием

где f1 - переднее фокусное расстояние;
- фокусное расстояние, равное половине длины трассы измерений или рабочей зоны l.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано при доставке сфокусированного лазерного пучка на объект (например, при создании лазерных технологических комплексов).

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть применено в средствах, улучшающих экологию взаимодействия пользователя со средствами передачи видеоизображения.

Изобретение относится к оптико-механической промышленности и может быть использовано в фото-, кино- и видеотехнике, а более конкретно в системах с автоматической фокусировкой объектива.

Изобретение относится к фотокинотехнике и может быть использовано в кино-теле-фотосъемке для автоматического измерения расстояния между двумя объектами с выделением одного из них среди группы аналогичных.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в технологических установках при лучевой сварке в офтальмологии, точном машиностроении, метрологии.

Изобретение относится к технике измерения потоков оптического излучения и может быть использовано, например, в метрологии при градуировке и поверке приемников теплового излучения.

Изобретение может быть использовано при создании мощных лазерных систем для фокусировки излучения на удаленные мишени. Система включает первый объектив, первый и второй линзовые компоненты которого установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси объектива. Третий линзовый компонент установлен неподвижно. Система включает дополнительный лазер и, по меньшей мере, один дополнительный, идентичный первому, объектив, расположенные таким образом, что оптические оси лазера и всех объективов пересекаются в одной точке. Расстояния от оптической оси лазера до оптических осей объективов одинаковы. Каждый объектив дополнительно включает плоскопараллельную пластину, установленную перед первым компонентом с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной меридиональной плоскости системы. Все оптические компоненты объективов выполнены из кварцевого стекла. Плоскопараллельные пластины, первые и вторые компоненты объективов кинематически синхронизированы друг с другом. Технический результат - повышение точности настройки параметров лазерного излучения на мишени при одновременном увеличении передаваемой мощности излучения, повышение надежности и расширение его технологических возможностей. 3 ил.

Способ наведения излучения многоканального лазера в заданные точки мишени и комплекс для его осуществления основаны на использовании одних и тех же шести датчиков, установленных вокруг мишенной камеры попарно напротив друг друга. При этом четыре датчика размещены в экваториальной плоскости МК, а два - в зоне полюсов. Юстировку мишени осуществляют с помощью двух кубических имитаторов мишени. Один из имитаторов выполнен в виде куба с зеркальными гранями и оптическими метками, другой - в виде куба, грани которого выполнены с двумя областями - центральная с матовой поверхностью, периферийная с зеркальной поверхностью. Команды исполнительным органам перемещений, управление положением мишени, обработку изображения производят автоматически. Технический результат заключается в возможности применения для различных типов мишеней без ограничения типа геометрии сведения пучков на мишень и повышении быстродействия. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в геодезии, машиностроении, приборостроении, медицине, спорте и других областях науки и техники, где возникает необходимость создания квазипараллельных пучков, которые на определенных длинах измеряемых трасс и рабочих зон осуществляют взаимодействие лазерного излучения с различными средами

Наверх