Способ определения пространственного положения пучка инфракрасного излучения

Изобретение относится к области лазерного приборостроения и касается способа определения пространственного положения пучка инфракрасного излучения. Способ включает в себя формирование инфракрасного пучка с помощью первой оптической системы, содержащей инфракрасный лазер, прозрачный в инфракрасной области световод, выпуклое и вогнутое сферические зеркала. Дополнительно формируют пучок видимого излучения с помощью второй оптической системы, включающей лазер видимого диапазона, прозрачный в видимой области световод, выпуклое и вогнутое сферические зеркала. Далее объединяют инфракрасный и видимый пучки с помощью плоскопараллельной пластины с отражающим слоем. Пластина установлена за вогнутым сферическим зеркалом первой фокусирующей системы. Плоскопараллельная пластина и вторая оптическая система установлены с возможностью обеспечения одновременной и точной фокусировки пучков в фиксированной точке объекта таким образом, что направление распространения и апертуры пучков совпадают. Технический результат заключается в повышении точности определения пространственного положения пучка лазерного излучения в инфракрасной области спектра. 1 ил.

 

Изобретение относится к области лазерного приборостроения в инфракрасной области спектра и предназначено для использования как в научных, так и производственных применениях, в частности, для точной юстировки и настройки инфракрасных оптических систем при изготовлении приборов и устройств, для определения пространственного местоположения приемника инфракрасного излучения при выполнении экспериментальных работ, для измерения плотности мощности излучения лазера в заданной точке пространства и в других областях.

Известен способ определения пространственного положения пучка инфракрасного излучения (см. Патент №140575 от 9.04.2014 г. Бюл. №13, 2014 г., авт. Черных В.Т., Черных Г.С.), в котором коллимированный световой пучок с длиной волны λ1 формируют посредством коллиматора, включающего первый и второй объективы, оптически связанные между собой.

Известен также способ (см. Патент №123136 от 20.12.2012 г. Бюл. №35, 2012 г., авт. Черных В.Т., Черных Г.С., Борисов А.Н., Тукшаитов Р.Х.), в котором формируют световой пучок в видимой области спектра с длиной волны λ1 посредством осветительной части, включающей коллиматор, состоящий из первого и второго объективов, две плоскопараллельные пластины, установленные в рабочей зоне под равными, но противоположно направленными углами к оптической оси коллиматора.

Наиболее близким техническим решением является способ определения пространственного положения пучка инфракрасного излучения (см. Патент №154277 от 22.07.2015 г. Бюл. №23, 2015 г., авт. Черных В.Т., Черных Г.С., Борисов А.Н. - прототип), согласно которому формируют сфокусированный световой пучок с длиной волны λ1 посредством осветительной части, включающей лазерный источник излучения, световод, объектив, оптически связанные сферические зеркала, установленные вдоль оптической оси.

Основным недостатком аналогов и прототипа является низкая точность определения пространственного положения пучка лазерного излучения в инфракрасной области спектра.

Однако на практике имеется целый ряд задач, при решении которых необходимо точно определять пространственное положение пучка инфракрасного излучения. Для решения таких задач необходимо использовать и другие области, например видимый диапазон длин волн.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа определения пространственного положения пучка инфракрасного излучения, в котором устранен основной недостаток аналогов и прототипа.

Техническим результатом является повышение точности определения пространственного положения пучка лазерного излучения в инфракрасной области спектра.

Технический результат достигается тем, что в способе определения пространственного положения пучка инфракрасного излучения, согласно которому формируют световой пучок W1 с длиной волны λ1 путем использования первой оптической системы, содержащей лазер, излучающий в инфракрасной области спектра световой пучок W1 с длиной волны λ1, световод, прозрачный в инфракрасной области длин волн, выпуклое и вогнутое сферические зеркала, установленные вдоль оптической оси и образующие первую фокусирующую систему, согласно настоящему изобретению, за вогнутым сферическим зеркалом первой фокусирующей системы под углом к ее оптической оси дополнительно устанавливают плоскопараллельную пластину, выполненную из оптического материала, прозрачного для инфракрасного излучения с длиной волны λ1, причем на одну из поверхностей плоскопараллельной пластины нанесен отражающий слой, поверхность плоскопараллельной пластины с отражающим слоем обращена в противоположную сторону относительно вогнутого сферического зеркала первой фокусирующей системы, и формируют световой пучок W2 с длиной волны λ2 путем использования второй оптической системы, содержащей лазер, излучающий в видимой области световой пучок W2 с длиной волны λ2, световод, прозрачный в видимой области длин волн, выпуклое и вогнутое сферические зеркала, образующие вторую фокусирующую систему, причем первую фокусирующую систему, плоскопараллельную пластину и вторую фокусирующую систему устанавливают с возможностью обеспечения одновременной и точной фокусировки световых пучков W1 и W2 в фиксированной точке объекта, при этом оптическую ось второй оптической системы направляют под углом к оптической оси первой фокусирующей системы, при котором отраженный от пластины световой пучок W2 с длиной волны λ2 по апертуре и направлению распространения совпадает с направлением и апертурой пучка W1 с длиной волны λ1, прошедшего сквозь плоскопараллельную пластину.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет расширить технологические возможности способа определения пространственного положения пучка инфракрасного излучения при определении точного положения плоскости фокусировки пучка инфракрасного излучения в пространстве или в плоскости объекта за счет возможности одновременной и точной фокусировки пучков в инфракрасной с длиной волны λ1 и видимой с длиной волны λ2 областях спектра.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг. 1), на котором представлена принципиальная схема оптической системы инфракрасного лазерного устройства, реализующего предлагаемый способ определения пространственного положения пучка инфракрасного излучения.

Цифрами на чертеже обозначены:

1 - лазер, излучающий в инфракрасной области спектра пучок W1 с длиной волны λ1;

2 - световод, прозрачный в инфракрасной области длин волн;

3 - выпуклое сферическое зеркало первой фокусирующей системы;

4 - вогнутое сферическое зеркало первой фокусирующей системы;

5 - плоскопараллельная пластина, выполненная из оптического материала, прозрачного в инфракрасной области длин волн;

6 - отражающий слой, нанесенный на поверхность плоскопараллельной пластины;

7 - фиксированная точка объекта;

8 - лазер, излучающий в видимой области спектра световой пучок W2 с длиной волны λ2;

9 - световод, прозрачный в видимой области длин волн;

10 - выпуклое сферическое зеркало второй фокусирующей системы;

11 - вогнутое сферическое зеркало второй фокусирующей системы.

Инфракрасное лазерное устройство содержит первую оптическую систему, включающую лазер 1, излучающий в инфракрасной области спектра световой пучок W1 с длиной волны λ1, световод 2, прозрачный в инфракрасной области длин волн, выпуклое сферическое зеркало 3 и вогнутое сферическое зеркало 4, установленные вдоль оптической оси и образующие первую фокусирующую систему.

Инфракрасное лазерное устройство дополнительно содержит плоскопараллельную пластину 5 и вторую оптическую систему.

Плоскопараллельная пластина 5 выполнена из оптического материала, прозрачного в инфракрасной области длин волн. На одну из поверхностей плоскопараллельной пластины 5 нанесен отражающий слой 6. Поверхность плоскопараллельной пластины 5 с отражающим слоем 6 обращена в противоположную сторону относительно вогнутого сферического зеркала 4 первой фокусирующей системы.

Вторая оптическая система содержит лазер 8, излучающий в видимой области спектра световой пучок W2 с длиной волны λ2, световод 9, прозрачный в видимой области длин волн, выпуклое сферическое зеркало 10 и вогнутое сферическое зеркало 11, образующие вторую фокусирующую систему.

Первая фокусирующая система, плоскопараллельная пластина 5 и вторая фокусирующая система установлены с возможностью обеспечения одновременной и точной фокусировки световых пучков W1 и W2 в фиксированной точке 7 объекта.

Плоскопараллельная пластина 5 установлена под углом к оптической оси.

Оптическая ось второй оптической системы направлена под углом к оптической оси первой фокусирующей системы, при котором отраженный от пластины световой пучок W2 с длиной волны λ2 по апертуре и направлению распространения совпадает с направлением и апертурой пучка W1 с длиной волны λ1, прошедшего сквозь плоскопараллельную пластину.

Суть способа определения пространственного положения пучка инфракрасного излучения состоит в следующем.

Пучок инфракрасного излучения W1, например, с длиной волны λ равной 0,890 мкм от лазера 1 направляют сквозь световод 2. Далее пучок W1 падает на выпуклое сферическое зеркало 3 и, отразившись от его поверхности, расходящимся пучком поступает на вогнутое сферическое зеркало 4. Зеркало 4 формирует сходящийся пучок инфракрасного излучения W1, который после прохождения через плоскопараллельную пластину 5 поступает в заданную фиксированную точку 7 объекта. При этом пучок W1 имеет угловую апертуру равную ω1.

Затем световой пучок W2 от лазера 8, излучающего в видимой области, например, на зеленой линии излучения λ равной 0,632 мкм, проходит через световод 9 и достигает отражающий поверхности выпуклого сферического зеркала 10. Отраженный от зеркала 10 расходящийся пучок поступает на вогнутое сферическое зеркало 11. Посредством зеркала 11 формируется сходящийся пучок W2, поступающий на отражающий слой 6 плоскопараллельной пластины 5. При этом отраженный пучок W2 имеет угловую апертуру ω2 равную ω1. С помощью зеркала 11 и пластины 5 достигают совмещения направлений распространения пучков W1 и W2 и, тем самым, определяют пространственное положение пучка инфракрасного излучения W1.

После юстировки и настройки оптической системы в дальнейшем вначале указывают точку в пространстве с помощью пучка W2, а затем посредством зеркал 3 и 4 направляют пучок инфракрасного излучения W1 в фиксированную точку 7 объекта.

В фиксированной точке 7 объекта, например, устанавливают фотоприемник излучения и измеряют плотность мощности излучения пучка инфракрасного лазера или решают другие практические задачи.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволит повысить точность определения пространственного положения пучка лазерного излучения в инфракрасной области спектра.

Способ определения пространственного положения пучка инфракрасного излучения, согласно которому формируют световой пучок W1 с длиной волны λ1 путем использования первой оптической системы, содержащей лазер, излучающий в инфракрасной области спектра световой пучок W1 с длиной волны λ1, световод, прозрачный в инфракрасной области длин волн, выпуклое и вогнутое сферические зеркала, установленные вдоль оптической оси и образующие первую фокусирующую систему, отличающийся тем, что за вогнутым сферическим зеркалом первой фокусирующей системы под углом к ее оптической оси дополнительно устанавливают плоскопараллельную пластину, выполненную из оптического материала, прозрачного для инфракрасного излучения с длиной волны λ1, причем на одну из поверхностей плоскопараллельной пластины нанесен отражающий слой, поверхность плоскопараллельной пластины с отражающим слоем обращена в противоположную сторону относительно вогнутого сферического зеркала первой фокусирующей системы, и формируют световой пучок W2 с длиной волны λ2 путем использования второй оптической системы, содержащей лазер, излучающий в видимой области световой пучок W2 с длиной волны λ2, световод, прозрачный в видимой области длин волн, выпуклое и вогнутое сферические зеркала, образующие вторую фокусирующую систему, причем первую фокусирующую систему, плоскопараллельную пластину и вторую фокусирующую систему устанавливают с возможностью обеспечения одновременной и точной фокусировки световых пучков W1 и W2 в фиксированной точке объекта, при этом оптическую ось второй оптической системы направляют под углом к оптической оси первой фокусирующей системы, при котором отраженный от пластины световой пучок W2 с длиной волны λ2 по апертуре и направлению распространения совпадает с направлением и апертурой пучка W1 с длиной волны λ1, прошедшего сквозь плоскопараллельную пластину.



 

Похожие патенты:

Заявленная группа изобретений относится к масштабируемой системе оптических коммутаторов на основе оптического коммутационного устройства, которые конструируются в модульной форме для расширения системы коммутатора с целью достижения необходимой возможности коммутации для системы оптической связи, а также к оптическим сетям, включающим расширяемую модульную оптическую возможность коммутации.

Изобретение относится к оптике, в частности, к оптическим устройствам для управления положением и направлением оптических лучей в пространстве и может найти применение в оптических информационно-измерительных системах.

Лазерный блок содержит расположенные на одной оптической оси источник лазерного излучения, вход управления питанием которого образует первый управляющий вход лазерного блока, средство оптической фокусировки и оконечный элемент, а также фотодетектор, выход которого образует информационный выход лазерного блока.

Изобретение относится к области космических телескопов с мембранным зеркалом. Заявленное вспомогательное устройство гибки содержит средства накрутки само на себя, такими средствами являются один или два прямолинейных круговых цилиндра, называемых бобинами, вокруг которых оно может быть обернуто, при этом эти бобины представляют собой текстильные цилиндры, находящиеся под давлением газа, при этом ткань бобин имеет непереплетаемые нити в направлении длины и в направлении окружности.

Изобретение относится к области спектроскопии и касается спектрометра с регулируемым дефлектором. Спектрометр включает в себя спектрально рассеивающий оптический элемент для спектрального рассеивания принимаемого света, рычажно-оптический регулируемый дефлектор для регулируемого отклонения спектрально рассеянного света и детекторную матрицу для приема спектрально рассеянного и регулируемо отклоняемого света.

Оптико-механическая система содержит плоское отражающее зеркало, установленное с возможностью изменения своего положения под действием механизма перемещения таким образом, что в одном устойчивом положении обеспечивается прохождение светового луча от источника излучения в выходное окно, а в другом - его отклонение в ловушку.

Последовательный датчик волнового фронта большого диоптрийного диапазона для коррекции зрения или выполнения оценочных процедур включает в себя устройство для сдвига волнового фронта и выборки волнового фронта.

Офтальмологическая линза содержит переднюю и заднюю изогнутые линзы. Каждая из линз имеет дугообразную форму и расположена в непосредственной близости относительно другой линзы, образуя полость между ними.

Оптическая линза содержит переднюю линзу и заднюю линзу, размещенную в непосредственной близости к передней линзе так, что внутренние поверхности передней и задней линз формируют между собой полость.

Устройство содержит первый (46) и второй (47) оптические элементы. Второй оптический элемент (47) расположен таким образом, что его первая поверхность обращена ко второй поверхности первого оптического элемента.

Изобретение относится к инструментальной промышленности, а именно к способам обработки режущих пластин из оксидно-карбидной керамики TiC+MgO+Al2O3. В способе лазерной обработки режущей пластины из оксидно-карбидной керамики TiC+MgO+Al2O3, при котором поверхность режущей пластины подвергают импульсному лазерному воздействию, каждая пачка импульсов формирует пятно лазерного луча с определенной мощностью пучка на образце с коэффициентом перекрытия пятна лазерного луча в диапазоне от 0,1 до 0,9.

Изобретение относится к способу обработки материала энергетическим лучом и способу образования изделия направленной кристаллизацией. Осуществляют выращивание подложки (24) по мере кристаллизации ванны (28) расплава под слоем (30) расплавленного шлака.

Изобретение относится к устройству и способу лазерной обработки листа электротехнической стали с ориентированной структурой для снижения размера магнитного домена.

Изобретение относится к способу аддитивной обработки деталей из сплавов системы Al-Si и может быть использовано в машиностроительных отраслях для изготовления и восстановления малоразмерных изделий и их конструктивных элементов, преимущественно, поперечного размера в субмиллиметровом диапазоне (менее 1 мм).

Изобретение относится к способу лазерной наплавки поверхностей металлических изделий и может быть использован для восстановления изношенных поверхностей изделий.

Изобретение относится к конструкции электробритвы, использующей для бритья лазерный луч. Бритва содержит ручку (12) и бреющую головку (13), выполненные с возможностью перемещения относительно друг друга вокруг оси поворота (16) и/или вдоль оси линейного движения (17).

Изобретение относится к способу лазерной наплавки на изделие (варианты) и устройству для его осуществления (варианты). Наплавку выполняют с использованием инертного газа и порошкового присадочного материала.

Изобретение относится к лазерной технологии и может быть использовано для обработки поверхности драгоценных металлов. Осуществляют напыление на поверхность изделия пленки из окисляющегося металла.

Изобретение относится к способу лазерной наплавки металлических покрытий и может быть использовано при изготовлении инструментов и деталей технологической оснастки.

Изобретение относится к области лазерного резания с нагнетанием потока продувочного газа в зону резания для удаления шлаков и газов, образующихся в процессе резания.

Изобретение относится к способу изготовлению детали из хромосодержащего жаропрочного сплава на основе никеля и может найти применение при изготовлении деталей газотурбинных двигателей. Осуществляют нанесение слоя порошка на подложку, формирование первого слоя детали посредством селективного сплавления порошка лазерным лучом, повторное выполнение вышеуказанных операций для формирования последующих слоев детали. Проводят горячее изостатическое прессование в среде аргона и термическую обработку полученной детали. Металлический порошок хромсодержащего жаропрочного сплава на основе никеля предварительно подвергают газодинамической сепарации с последующей дегазацией. Процесс сплавления порошка лазерным лучом проводят в защитной атмосфере азота. Перед горячим изостатическим прессованием деталь помещают в среду электрокорунда и стружки титана или титанового сплава таким образом, чтобы деталь и указанная стружка не соприкасались. Технический результат - получение деталей с низкой пористостью, шероховатостью и содержанием вредной примеси кислорода, а также высокими механическими свойствами. 4 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области лазерного приборостроения и касается способа определения пространственного положения пучка инфракрасного излучения. Способ включает в себя формирование инфракрасного пучка с помощью первой оптической системы, содержащей инфракрасный лазер, прозрачный в инфракрасной области световод, выпуклое и вогнутое сферические зеркала. Дополнительно формируют пучок видимого излучения с помощью второй оптической системы, включающей лазер видимого диапазона, прозрачный в видимой области световод, выпуклое и вогнутое сферические зеркала. Далее объединяют инфракрасный и видимый пучки с помощью плоскопараллельной пластины с отражающим слоем. Пластина установлена за вогнутым сферическим зеркалом первой фокусирующей системы. Плоскопараллельная пластина и вторая оптическая система установлены с возможностью обеспечения одновременной и точной фокусировки пучков в фиксированной точке объекта таким образом, что направление распространения и апертуры пучков совпадают. Технический результат заключается в повышении точности определения пространственного положения пучка лазерного излучения в инфракрасной области спектра. 1 ил.

Наверх