Оптико-механический затвор (модулятор добротности) для импульсных лазеров с функцией коммутатора

Авторы патента:


Оптико-механический затвор (модулятор добротности) для импульсных лазеров с функцией коммутатора
Оптико-механический затвор (модулятор добротности) для импульсных лазеров с функцией коммутатора

 

G02B26/00 - Оптические устройства или приспособления с использованием подвижных или деформируемых оптических элементов для управления интенсивностью, цветом, фазой, поляризацией или направлением света, например, переключение, стробирование, модуляция (механически управляемые конструктивные элементы осветительных устройств для управления направлением света F21V; специально предназначенные для измерения характеристик света G01J; устройства или приспособления, оптические функции которых изменяются при изменении оптических свойств среды в этих устройствах или приспособлениях, G02F 1/00; управление светом вообще G05D 25/00; управление источниками света H01S 3/10,H05B 37/00-H05B 43/00)

Владельцы патента RU 2516615:

Чжан Юрий Васильевич (RU)

Изобретение относится к лазерной технике. Оптико-механический модулятор добротности с функцией коммутатора представляет собой устройство, включающее оптико-механический блок, блок питания и процессор управления, а также сборную призму, которая устанавливается на вращающемся роторе электромотора, состоящую из двух прямоугольных призм Ap90, закрепленных гипотенузными гранями на наклонных гранях ромб-призмы с зазором между гранями. Устройство обеспечивает добротность контура импульсного лазера в момент излучения в двух направлениях, благодаря нанесенным полупрозрачным покрытиям на катетных гранях призм Ap90, закрепленных на ромб-призме, вместе с глухим зеркалом, входящим в конструкцию лазера, который не создает в момент излучения засветок на сенсоры, принимающие эхо-сигнал с каждого из двух возможных направлений, что обеспечивается вращающимся обтюратором, закрепленным на роторе электромотора, который прикрывает сенсоры в момент излучения лазера и пропускает пришедший эхо-сигнал на приемные сенсоры за счет наличия на кромке обтюратора двух вырезов. Технический результат заключается в обеспечении возможности снижения весогабаритных характеристик устройства. 2 ил.

 

Изобретение относится к лазерной технике. Применение в импульсных лазерах различных затворов (модуляторов добротности) для стимулирования излучения лазера, такие как электрооптические затворы, пассивные затворы, оптико-механические затворы и пр., не позволяют использовать единую оптику на излучение и прием отраженного излучения от объекта, а также быстро менять направление излучения лазера в пространстве без дополнительных конструкторских и оптических элементов. Сущность предложенного изобретения в конструкции оптико-механического затвора (модулятора добротности лазера) с функцией коммутатора, работающего с импульсным лазером, последовательно на два направления, с возможностью получения с каждого направления отраженного эхо сигнала излучения лазера от объекта, через ту же оптическую систему и с того же направления, что излучил лазер. Подобные устройства, по отдельным функциональным возможностям, опубликованы в патентах (оптико-механические модуляторы) RU №2134006, C1 от 25.10-2007 г.; RU №2087063, C1, от 25.10.2007 г., (оптические коммутаторы) RU №2029239, C1, от 20.02.1995 г., RU №2352957, C2 от 20.04.2009 г.

Описание изобретения

Оптико-механический затвор (модулятор добротности) с функцией коммутатора (ОМЗ-К) представляет единый скомпанованый блок (Фиг.1), в котором на вращающейся части (Фиг.1, п.10), закрепленной на роторе электродвигателя (Фиг.1, п.17, не показан), конструктивно закреплена сборная призма (Фиг.1, п.1, 2, 3) и обтюратор (Фиг.1, п.4). Сборная призма состоит из двух прямоугольных призм Ар90 (Фиг.1, п. 1, п.3), закрепленных гипотенузными гранями на наклонных гранях третей ромб-призмы (Фиг.1, п.2), с расчетным плоскопаралельным зазором между этими гранями. Ось вращения сборной призмы на вращающейся части ОМ3-К ориентирована на центр одной из двух наклонных граней ромб-призмы (Фиг.1, положение 1, сечение А-А). Обтюратор (Фиг.1, п.4), закрепленный на вращающейся части электродвигателя, имеет на кромке диска обтюратора два выреза (Фиг.1, п.а,b). Каждый вырез ориентирован относительно одного из двух положений сборной призмы (Фиг.1. положение 1, положение 2). На неподвижном корпусе ОМЗ-К (Фиг.1 п.9) установлены датчики углового положения (Фиг.1, п.7) ротора двигателя, которые взаимодействуют с датчиком (Фиг.1, п.8), закрепленным на вращающейся части конструкции (Фиг.1, п.10). На торцевых катетных гранях призм Ар90, закрепленных на ромб-призме, нанесены полупрозрачные покрытия заданных параметров (Фиг.1, п.18). На боковой неподвижной части корпуса ОМЗ-К закреплена конструкция, состоящая из призмы Ар90 (Фиг.1, п.5, сечение Б-Б), объективов (Фиг.1, п.11,п.13, п.15 сечение Б-Б), а также оптический фильтр (Фиг.1, п.14 сечение Б-Б) заданных параметров, устанавливаемый в параллельном ходе лучей между объективом (Фиг.п.13) и объективом (Фиг.1 п.15). Объектив (Фиг.1 п.11) и объектив (Фиг.1 п.13) смонтированы на одной оптической оси, их оптические лучи сходятся в фокусе полевой диафрагмы (Фиг.1 п.12) расчетного диаметра. В фокальной плоскости объектива (Фиг.1, п.15) установлен сенсор (Фиг.1, п.16) чувствительный к оптическому излучению активного элемента лазера (Фиг.1, п.20).

Плоскость обтюратора (Фиг.1 п.4), закрепленного на вращающейся части электродвигателя, пересекает общую фокусную плоскость объектива (Фиг.1, п.11 сечение Б-Б) и объектива (Фиг.1, п.13, сечение Б-Б), на заданным расстояние от полевой диафрагмы (Фиг.1 п.12).

Аналогичная конструкция (Фиг.1, сечение В-В) закреплена на неподвижном корпусе ОМЗ-К, состоящая из призмы Ар90 (Фиг.1, п.6,), объективов (Фиг.1, п.11, п.13, п.15 сечение В-В), ), а также оптический фильтр (Фиг.1, п.14, сечение В-В) заданных параметров, устанавливаемый в параллельном ходе лучей между объективом (Фиг.п.13, сечение В-В) и объективом (Фиг.1 п.15, сечение В-В). Объектив (Фиг.1 п.11, сечение В-В) и объектив (Фиг.1 п.13, сечение В-В) смонтированы на одной оптической оси, их оптические лучи сходятся в фокусе полевой диафрагмы (Фиг.1 п.12, сечение В-В) расчетного диаметра. В фокальной плоскости объектива (Фиг.1,п.15, сечение В-В), установлен сенсор (Фиг.1, п.16, сечение В-В), чувствительный к оптическому излучению активного элемента лазера (Фиг.1, п.20).

Плоскость обтюратора (Фиг.1 п.4), закрепленного на вращающейся части электродвигателя, пересекает общую фокусную плоскость объектива (Фиг.1 п.11, сечение В-В) и объектива (Фиг.1 п.14, сечение В-В), на заданном расстоянии от полевой диафрагмы (Фиг.1, п.12, сечения В-В). Устройство накачки лазера (Фиг.1, сечение А-А, п.19) взаимодействует с данным активным элементом лазера (Фиг.1, п.20) в режиме импульсного излучения. Блок питания (Фиг.2, п.22) и процессор (Фиг.2, п.23) входят в комплект ОМЗ-К (Фиг.2).

Оптико-механический затвор (модулятор добротности) с функцией коммутатора работает следующим образом.

Известно, что все импульсно-периодические лазеры содержат оптический резонатор, который образован выходным полупрозрачным зеркалом, параллельным глухому зеркалу и помещенным между ними на общей оптической оси, активным элементом лазера. Выходным полупрозрачным зеркалом в данном изобретении являются две катетные грани призм Ар90 (Фиг.1, п.18, положение 1, положение 2, сечение А-А). На эти катетные грани нанесены полупрозрачные покрытия с заданным коэффициентом пропускания и отражения (Фиг.1 п.18). Призмы Ар90 (Фиг.1, п.1; п.3, сечение А-А) закреплены гипотенузными гранями на ромб-призме (Фиг.1, п.2, сечение А-А) с расчетным плоскопаралельным зазором. При вращении сборной призмы (Фиг.1, п. 1, 2, 3, сечение А-А) по стрелке (Фиг.1), катетные грани призм Ар90 попеременно совпадают, строго параллельно, с плоскостью глухого зеркала (Фиг.1, п.21, сечение А-А), образуя модулятор добротности. Для импульсного излучения лазера необходимо создать условия максимальной добротности, при которых инверсионная населенность активного элемента лазера была на заданном уровне, а одна из катетных граней призм Ар90 с полупрозрачным покрытием (Фиг.1, п.18) в сборной призмы (Фиг.1, п.1; 2; 3) была параллельна глухому зеркалу (Фиг.1, п.21). В устройстве ОМЗ-К команда в блок накачки лазера (Фиг.1, п.19), для создания заданного уровня инверсионной населенности активного элемента лазера, выдается процессором (Фиг.2, п.23) с учетом данных, полученных от датчиков углового положения ротора (Фиг.1, п.7, 8, сечение Б-Б). При этом скорости вращения рассчитываются в процессоре так, чтоб команда для создания оптимальной инверсионной населенности в активном элементе лазера была в момент максимальной добротности, для импульсного излучения лазера за счет расчетного коэффициента отражения катетной грани призмы Ар90 (ФИГ.1, положение а или положение b, сечение А-А) и глухого зеркала (Фиг.1 п.21).

Вместе с тем одновременность излучения лазера и перекрытия обтюратором (Фиг.1, п.4) полевой диафрагмы (Фиг.1, п.12, положение а или положение b) обеспечивает абсолютную защиту сенсоров (Фиг.1, п.16, сечение Б-Б,) и (Фиг.1, п.16, сечение В-В) от мощной засветки в момент излучения лазера в ОМЗ-К.

Дальнейшее вращение сборной призмой (Фиг.1, п.1; 2; 3, положение 1, сечение А-А), закрепленной на роторе электродвигателя, по обозначенной стрелке на Фиг.1, нарушает условия полного внутреннего отражения гипотенузных граней призмы Ар90 и ромб-призмы. В этот же момент времени обтюратор (Фиг.1, п.4, сечение Б-Б) открывает полевую диафрагму (Фиг.1, п.12, сечение Б-Б) для прохождения излучения эхо-сигнала. Отраженное излучение лазера от объекта (эхо-сигнал, положение 1 сечение А-А), пройдя через сборную призму (Фиг.1, п.1; 2; 3), призму Ар90 (Фиг.1, п.5, сечение Б-Б), объектив (Фиг.1, п.11, сечение Б-Б), полевую диафрагму (Фиг.1, п.12, сечение Б-Б), объектив (Фиг.1, п.13, сечение Б-Б), оптический фильтер (Фиг.1, п.14, сечение Б-Б), объектив (Фиг.1, п.15, сечение Б-Б), попадает на сенсор приема эхо-сигнала излучения лазера (Фиг.1, п.16, сечение Б-Б), который находится в фокальной плоскости этого объектива.

Тот же алгоритм работы ОМЗ-К выполняется после поворота сборной призмы (Фиг.1, п.1; 2; 3, положение 2, сечение А-А) по стрелке (Фиг.1) на 180°, то есть на второе пространственное направление (Фиг.1, положение 2).

Технико-экономическая эффективность изобретения обусловлена расширением эксплуатационных возможностей и снижением весогабаритных характеристик оптико-электронных систем с применением импульсных лазеров. Описанный оптико-механического затвор (модулятора добротности) для импульсных лазеров с функцией коммутатора (ОМЗ-К) соответствует критерию промышленной применимости и может изготовляться на предприятиях оптико-механической промышленности.

Оптико-механический модулятор добротности с функцией коммутатора (ОМЗ-К) представляет собой устройство, включающее оптико-механический блок, блок питания и процессор управления, а также сборную призму, которая устанавливается на вращающемся роторе электромотора, состоящую из двух прямоугольных призм Ap90, закрепленных гипотенузными гранями на наклонных гранях ромб-призмы с расчетным плоскопараллельным зазором между этими гранями, отличающийся тем, что обеспечивает добротность контура импульсного лазера в момент излучения в двух направлениях, благодаря нанесенным полупрозрачным покрытиям заданных параметров на катетных гранях призм Ap90, закрепленных на ромб-призме, вместе с глухим зеркалом, входящим в конструкцию лазера, который не создает в момент излучения засветок на сенсоры, принимающие эхо-сигнал с каждого из двух возможных направлений, что обеспечивается вращающимся обтюратором, закрепленным на роторе электромотора, который прикрывает сенсоры в момент излучения лазера и пропускает пришедший эхо-сигнал на приемные сенсоры, за счет наличия на кромке обтюратора двух вырезов для пропуска на сенсоры приходящего эхо-сигнала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области квантовой криптографии - системам квантового распределения криптографических ключей, а более конкретно способу кодирования и передачи криптографических ключей.

Дисплей содержит множество пикселей, включающих красный, зеленый и синий интерференционный модуляторы. Каждый из пикселей выполнен с возможностью вывода более высокой интенсивности зеленого света, чем красного и синего света.

Изобретение относится к электрооптическим полимерным материалам, изменяющим коэффициент преломления при приложении электрического поля. .

Изобретение относится к микроэлектромеханическим системам и может быть использовано в дисплеях, содержащих интерференционные модуляторы. .

Изобретение относится к оптической интерферометрии, в частности к спектральной рефлектометрии, и может быть использовано для одновременного наблюдения интерференционных картин с различными фазовыми соотношениями между интерферирующими волнами.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано, например, в тепловизионных приборах и системах, построенных на основе матричных фотоприемников теплового излучения (МФПУ).

Изобретение относится к обработке оптической информации, адаптивной оптике и может быть использовано для решения задачи измерения нестационарных искажений лазерного пучка при распространении его в турбулентной атмосфере.

Изобретение относится к интерферометрическим модуляторам и может быть использовано в дисплеях. .

Изобретение относится к устройствам управления фазой световой волны. .

Изобретение относится к оптической технике. Устройство для модуляции монохроматического оптического излучения содержит оптически прозрачную среду, в которой установлены разделитель монохроматического оптического излучения на первый и второй каналы распространения, отражающий элемент во втором канале, участок когерентного суммирования для формирования модулированного монохроматического оптического излучения. В качестве разделителя монохроматического оптического излучения на первый и второй каналы использован делительный куб, состоящий из двух одинаковых треугольных призм, совмещенных своими большими гранями. Первый канал снабжен своим отражающим элементом. Каждый отражающий элемент нанесен на соответствующую грань делительного куба по ходу монохроматического оптического излучения в первом и втором каналах. Делительный куб установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вне плоскости сопряжения призм делительного куба, а угол α между вектором скорости возвратно-поступательного движения и плоскостью сопряжения призм делительного куба выбран из соотношения , где fm - необходимая частота модуляции монохроматического оптического излучения, λ0 - длина волны монохроматического оптического излучения на входе в делительный куб, υ - скорость движения делительного куба. Технический результат: устойчивость к вибрациям и толчкам, работоспособность во всех пространственных ориентациях. 2 ил.

Изобретение относится к области аппаратуры, применяемой для астрофизических исследований, и может быть использовано при наблюдении за звездным небом с помощью телескопа. Целью изобретения является упрощение конструкции механизма компенсатора наклонов волнового фронта. Механизм компенсатора наклонов волнового фронта содержит плоскопараллельную круглую пластину, закрепленную в подвижном кольце. На поверхности кольца выполнены три радиальные цилиндрические канавки, расположенные равномерно по окружности, в которых находятся толкатели актуаторов, концы которых имеют полусферическую форму. Актуаторы установлены на основании в вершинах равностороннего треугольника, к внешним концам канавок присоединены пружины растяжения, вторые концы которых присоединены к основанию. 1 ил.

Изобретение касается переключателя или коммутатора, содержащего хотя бы один такой переключатель, который содержит бистабильный элемент в МЭМС-исполнении, средства переключения и коммутационный узел. В качестве коммутационного узла использован МДП-транзистор, подвижным затвором которого служит подвижная подпружиненная мембрана с хотя бы одним проводящим элементом над областью канала МДП-транзистора и с включением из магнитного материала. Магнитное включение на мембране может быть выполнено из магнитомягкого или магнитотвердого материала. Для перевода мембраны из одного стабильного состояния в другое на магнитное включение на мембране воздействуют внешним (внешними) или выполненным (выполненными) заодно с переключателем одним или несколькими источниками магнитного поля. Технический результат - создание обладающего высокой надежностью простого в изготовлении и универсального в применении МЭМС-переключателя с фиксированными состояниями, с сохранением состояния в отсутствие питания, не требующего больших напряжений для переключения и не имеющего магнитных контактов. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области оптики и касается устройства управления параметрами лазерного излучения. Устройство включает в себя источник лазерного излучения, поляризатор, вращающийся оптический элемент и цепь обратной связи. Цепь обратной связи состоит из светоделительной пластины, дополнительного поляризатора, фотодетектора, усилителя, блока управления скоростью вращения оптического элемента и поворотного блока, на котором установлен датчик угла поворота плоскости поляризации. Технический результат заключается в обеспечении возможности управления степенью и углом поворота поляризации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области спектроскопии, а именно к интерферометрам и фурье-спектрометрам. Сущность решения заключается в использовании электродинамической головки, у которой резонансная частота fr, обуславливающая паразитные вибрации, эффективно подавляется с помощью активной системы с обратной связью, за счет того, что достаточно удалена на частотной оси относительно частоты колебания зеркала f. Техническим результатом является возможность повышения точности измерения спектра предлагаемым интерферометром с колеблющимся зеркалом. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Лазер с модуляцией добротности резонатора содержит корпус с отражателем, внутри которого размещены лампа накачки и активный элемент. На его оптической оси с противоположных торцов активного элемента установлены неподвижно закрепленное полупрозрачное зеркало и призма-крыша, установленная на валу двигателя. Корпус выполнен в виде моноблока с двумя параллельными отверстиями, одно из которых является отражателем, а во втором параллельно активному элементу закреплен двигатель с установленной на его валу призмой-крышей, между которой и торцом активного элемента введена неподвижно закрепленная на корпусе прямоугольная призма с гипотенузной отражающей гранью. Одна из катетных граней призмы направлена в сторону торца активного элемента, а другая направлена в сторону призмы-крыши, причем грани прямоугольной призмы с гипотенузной отражающей гранью перпендикулярны плоскости, в которой лежат ось вращения призмы-крыши и оптическая ось активного элемента. Полупрозрачное зеркало резонатора установлено на корпусе со стороны противоположного торца активного элемента перпендикулярно его оптической оси. Технический результат заключается в обеспечении возможности максимального сокращения габаритов лазера при одновременном повышении его эксплуатационной стойкости к механическим и температурным воздействиям. 1 ил.

Изобретение относится к области лазерной техники и касается оптико-механического модулятора добротности с функцией коммутатора и преобразователя длины волны излучения. Оптико-механический затвор представляет собой устройство, включающее оптико-механический блок, блок питания, процессор управления и сборную призму, расположенную на вращающемся роторе электромотора оптико-механического блока. Кроме того, за сборной призмой, соосно с ее оптической осью, устанавливается сборка с кристаллом преобразователя длины волны импульсного лазера, обеспечивающая получение за один оборот ротора излучения с двумя длинами волн. Первое излучение имеет длину волны, равную длине волны импульсного лазера. Второе излучение имеет длину волны, преобразованную кристаллом. Все оптические элементы устройства изготавливаются из оптического лейкосапфира. Технический результат заключается в уменьшении веса и габаритов устройства. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх