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.