Оптическая система для выравнивания интенсивности по сечению лазерного пучка

 

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ВЫРАВНИВАНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ПО СЕЧЕНИЮ ЛАЗЕРНОГО ПУЧКА, содержащая телескопическую ёистему из последователь но установленных по ходу луча кшкрообъектива , диафрапф и объектива в виде одиночкой положительной лиЪэы из нейтрального стекла, о т л и чающаяся тем, что, с целью преобразования гауссовского лазерного пучка в однородную плоскую вол ну и повышения эффективности передачи световой энергии, в нее/а(ополнительно между диафрагмой и линЗОЙ введена отрицательная линза из бесцветного стекла, причем оптическая сила полученного объектива соответствует условию K.J. оптическая сила линзы из нейтрального стекла соответствует условию (n,-1) 2 I а диаметр днафраонш в 3-5 раз превы111ает , где 21а, 26 - диаметр пучка на входе и в плоскости диафрагмы по уровню интенсианости i/e соW ответственно; да фокусное расстояние микрообъектива; вь/х диаметр однородно1о Плоского пучка на выходе системе: ; со коэффициенты прелом00 ления и поглощения нейтрального стекла со соответственно. 4 / U bL

ЦВ (П) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(Я) 6 02 В 27 00 . .;Ь ; куф

М . Уцм.;гt;4t (V ьлйщгц(г °

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3009136/18-10 (22) 22.10.80 (46) 23.02.84. Бюл. В 7 (72) Н.М.Вереникина и О.М.Рожков (71) Московское ордена Ленина и ордена Трудового Красного Энамени высшее техническое училище им. Н.Э.Баумана (53) 535.317(088.8) (56) 1. Кольер Р.. и.др. Оптическая голография. Мир, М., 1973 с.188-191.

2. Appeied Optics, 1972, 11, В 3, рр. 694-695. (54) (57)..ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ BQРАВНИВАНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ПО СЕЧЕНИЮ

ЛАЭЕРНО10 ПУЧКА, содержащая телескопическую систему из последовательно установленных по ходу луча микрообъектива, диафрагмы и объектива в виде одиночной положительной линзы иэ нейтрального стекла, о. т л и:ч а ю щ а я с я тем, что, с целью преобразования гауссовского лазерного пучка в однородную плоскую волну и повышения эффективности пере" дачи световой энергии, в нее. дополнительно меиду диафрагмой и лин- эой введена отрицательная линза иэ бесцветного стекла, причем оптическая сила полученного объектива соот. ветствует условию

Ф-г 6,/ э оптическая сила линзы йэ нейтрального стекла соответствует условию (г/ г В цсг а диаметр диафрагмы в 3-5 раэ пре выаает 2 60, где 260, 26 - диаметр пучка на входе и в плоскости диаФрагма по уровню I интенсивности ffe соответственно1

1 „, - фокусное расстояние микрообъектива;

Эз » диаметр однородного плоского пучка на вы- Я ходе систему

"л (- коэффициенты преломления и поглощения нейтрального стекла соответственно.

986194

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использонано в различных когерентнЫх процессорах и голографии для .высокоэффективного преобразования пучка одномодового лазера в однородную плоскую волну с высокой эффективностью преобразования световой энергии.

В известных оптических системах для расширения лазерного пучка и 10 получения плоского волнового фронта используются системы, содержащие микрообъектив (обычно стандартный), диафрагму и коллимирующую линзу (1).

Недостатком этих .систем является существенная неравномерность распределения интенсивности в поперечном сечении пучка на выходе системы (повторяющая по характеру распределе ние на входе) и низкая эффективность преобразования световой энергии, поскольку для получения малой неравномерности поперечного распределения интенсивности. пучок на выходе системы диафрагмируют, в результате этого используют лишь незначительную часть мощности лазера — порядка еди" ниц процента.

Наиболее близкой по сущности технического решения является оптическая система, содержащая телескопи ческую систему из последонательно установленных по ходу пучка Микрообъектива, диафрагмы и объектива в виде одиночной положительной лин- 35 зы из нейтрального стекла t 2 1.

Недостатком такой системы является то, что она осуществляет преобразование лишь поперечного распределения амплитуды гауссова пуч- 4() ка, но не формирует плоскую волну на выходе, а также не позволяет достичь высокой эффективности преобразования световой энергии.

Целью изобретения является формирование из гауссона лазерного пучка однородной плоской волны и поньтшение эффективности преобразования световой энергии.

Поставленная цель достигается тем, что оптическая система для выравнивания интенсивности по сечению лазерного пучка, содержащая телескопическую систему из последова- . тельно установленных по ходу пучка микрообъектива, диафрагмы и объектива в виде одиночной положительной линзы из нейтрального стекла, дополнительно снабжена отрицательной линзой из бесцветного стекла,расположенной между диафрагмой и поло- 60 жительной линзой, причем оптическая сила полученного объектива соответ" ствует условию Ф= 26д/Взы„ „, оптическая сила линзы из нейтрального стекла соответствует условию .Ф„ж

=.8 (;„- 1) / 4 >su,x а диаметр диафрагмы н 3- 5 раз превышает 2о, где 4, 2 6Π—. соответственно ди-. аметр пучка на входе и в плоскости диафрагмы по уровню интенсивности 1/4;

Х вЂ Фокусное расстояние микрообъектива;

Вз,„- диаметр однородного плоского пучка на выходе системы1 пи с(- коэффициенты преломления и поглощения нейтрального стекла соответственно.

На чертеже изображена схема одного из возможных вариантов предлагаемой оптической системы.

Оптическая система для ныравнивания интенсивности по сечению лазерного пучка содержит телескопическую систему иэ последовательно установленных по ходу пучка микрообъектива

1, диафрагмы 2, отрицательной линзы 3 из бесцветного стекла и положительной линзы 4 из нейтрального стекла.

Система работает следующим образом. Микрообъектив 1 формирует иэображение перетяжки гауссова .лазерного пучка в плоскости диафрагмы ,2. Объектив телескопической систеьы, состоящий из отрицательной линзы 3 из бесцветного стекла и положительной линзы 4 из нейтрального стекла и имеющий указанную вьпае оптическую силу Ф при оптической силе положительной линзы Фд, Формирует на выходе оптической системы однородную плоскую волну диаметром D, c высокой эффективностью преобразования световой энергии 37%.

Введение дополнительной отрицательной линзы 3 из бесцветного стекла и обеспечение соотношения оптических сил объектива Ф к положительной линзы из нейтрального стекла Фд, с одной стороны, и размера гауссова пучка на входе оптической системы 26т,фокусного расстояния микрообъективаЮ„,, коэффициентов преломления а„ и поглощения о(д нейтрального стекла попожительной линзы и диаметра выходного пучка Ð („, с другой стороны, позволяет получить из гауссова пучка однородную плоскую волну требуемого диаметра и повйсить эффективность преобразования cseтовой энергии до предельно возможной для данного устройства (»37%)

GpH любых сочетаниях 2 бар У, „, тт, и а(, Кроме того, наличие достаточного количества свободных параметров обеспечивает возможность практически полной компенсации аберрацийт обеспечение размера диафраг»

986194

Составитель Л. Перебейносова

Техред Т.Фанта Корректор Г.Огар

Редактор П.Горькова т

Заказ 1145/5 . Тираж 497 Подписное

ВНИИПИ:,Государственного комитета СССР

i по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Разыская наб;, д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4 вы, в 3-5 раз превышающего иэображение гауссова пучка 26,,, позво- ляет, во-первых, значительно ослабить пространственные шумы исходного гауссова пучка .и во-вторых передать практически беэ искажения:

Форму и энергию гауссова пучка. .В «ачестве примера конкретной реализации приведена. оптическая система для формирования однородной плоской волны с диаметром выход ного пучка.5>>,„= 35 мм из гауссова пучка одномодового лазера с длиной волны Л "- 0,6328 мкм и размером пятна 26+ 0,62 мм. Оптическая сис.тема предложенного типа при использовании стандартного апохроматического микрообъектива OC-8 с фокусным расстоянием f. 8,37 мм и нейтрального стекла HC-7 положительной линзы объектива (телескопической

cHcTBMH) с коэффициентом поглощения aL --0,2677 вериг. на длине волны лазера 3"0 6328 мкм имеет дополнительную отрицательную линзу и оптическую силу объектива телеско .пической системы ф=0,0021164, а так. же оптическую силу положительной ,линзы из нейтрального .стекла Фд=О, 0121976. Такая телескопическая система, содержащая объектив с подобранными при абберрационном рас- чете и приведенными к Гостированному ряду конструктивными параметрами К< = -304,1 мм, Рг= 6,23 мм, ЙЗ=- 62,23 мм, Rq= -121,9 мму

5 дл-3 мм, da=О, э,-4,8 мм, обес« печивает. формирование однородной плоской волны требуемого диаметра, т.е. необходимую амплитудно-фазовую коррекцию пучка: постоянное

10 амплитудное распределение по всему диаметру выходного пучкаМ =35 мм и постоянное фазовое распределение, поскольку угол расхо сти. на вы.ходе системы 9 = + LI g: 0,00002217 рад = 4,43" практичес.ки равен диафракциойному 6 =

= 0,00002206 рад = 4,41", -а остаточ. ные аберрации в системе составляют

И = 0,22.10. рад. Эффективность использования Световой энергии в системе опре еляется по Формуле t лл f Я

= """- ехр - - - (где 2 Q — раз г г мер гауссова пучк на объективе

25 по уровню 1/, 2 .л - диаметр линзы), равна y =p = 36,8%. устройство позволяет существенно повысить качество преобразования лазерного пучка по сравнению с известными.