Способ фокусировки монохроматического излучения и устройство для его осуществления

(19) (1 А 1 33 ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ е и - показатель от 0 доиеломления;- длина волны изл чения. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(71) Институт общей физики АН СССР и Куйбьппевский авиационный институ им. акад. С.П,Королева(56) 1. Авторское свидетельство ССС У 256122, кл. Н 01 Б 3/02, 1969,2,Слюсарев Г.Г.О возможном и невозможном в оптике, - М.: Гос, иэд-во/тех. - теор. лит., 1957, с. 146-147.(54) СПОСОБ ФОКУСИРОВКИ МОНОХРОМАТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВОДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) 1. Способ фокусировки монохроматического излучения, заключающийсяв том, что волновой фронт излучения,формируют путем фазовой модуляцииволны при помоп 1 и фозового элемента,отличающийся тем, что,4 С 02 В 27/44 5/32 С 03 Н 1 02 с целью достижения полной концентрации энергии в заранее определенной области пространства с заданнымраспределением, волновой фронт излучения направляют различными зонамифазового элемента в одну или разныеобласти пространства, при этом закон,по которому осуществляют фазовуюмодуляцию, описывается кусочно-непрерывной функцией, изменяющейся в диапазоне от 0 до -- , где Я -и 1длина волны излучения; п - показатель преломления фазового элемента.2. Устройство для фокусировки монохроматического йзлучения, выполнен ное в виде киноформа, о т л и ч а ющ е е с я тем, что на одной или Обеих поверхностях киноформа нанесены в зонах непрерывные фазовые профили с высотой рельефа, меняющейсяирующего элеме 50 нкция равная Сс --Лесли 1 лежит в тервал Ь+1) си тВар зменения рельефа,излучение в обируя зако) окусироват но Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в других сферах промышленности, например в металлургической, машиностроительной и текс тильной для реализации Фокусировки или концентрации монохроматического излучения с высокой плотностью в заданном объеме на требуемой площади при резке металлов, раскрое тканей и т.п.Известен способ фокусировки монохроматического излучения, основан 1 ный на использовании голограмм в качестве встроенных элементов Фокусировки излучения лазера 1 13.Недостатком данного способа является значительная потеря энергии при фокусировке излучения. При использовании голограмм, помещенных в резонаторе лазера, с выводом энергии за счет дифракции существенно усложняется юстировка лазера и вывод его в режим генерации. Кроме того, в силу сравнительно низкой дифракци-, онной эффективности голограмм, мощность входящего пучка лазера, в котором находится голограмма, значительно больше ( в 100 раз) мощности, выводимой из установки. Это может привести к разрушению голограммы, т.е, снижению срока службы установки, в связи с искажением формы заданной поверхности(или объема)в процессе эксплуатации. Другим недостатком является необходимость изготовления объекта (макета, модели), соответствующего данной форме поверхности или объема, при записи голограммы, причем особенно сложно создать объект 1 с нужным распределением свечения по объему,.Наиболее близким по технической сути к предлагаемому является спо-. соб фокусировки монохроматического излучения, заключающийся в том, что волновой фронт излучения формируют путем фазовой модуляции волны при помощи фазового элемента2.1.Однако задача фокусировки решается при помощи фазовых зонных пластинок Френеля, обладающих малым весом, но дающих много фокусов, что снижает их коэффициент полезного действия и ведет к потере мощности излучения. Зонная пластинкатакже не позволяет варьировать распределение энергии в фокусе. Цель изобретения - достижение полной концентрации энергии в заранее определенной области пространства с заданным распределением,Поставленная цель достигается тем, что согласно способу фокусировки монохроматического излучения, заключающемуся в том, что волновой фронт излучения формируют путем фазовой модуляции волны при помощи фазового элемента, волновой фронт излучения направляют различными зонами фазового элемента .в одну или различные области пространства, при этомтзаКон, по которому осуществляют фазовую модуляцию, описывается кусочно-непрерывной Функцией, изменяющейся в диапазонеЛ от Одоп --игде- длина излучения волны; и - показатель преломленияфазового элемента.Для достижения поставленной цели в устройстве для фокусировки монохроматического излучения, выполненном в виде киноформа, на одной или обеих поверхностях его нанесены в зонах непрерывные Фазовые профили с высотой рельефа, меняющейся от О до о где и - показатель преломлеи - 1 ния; 1 - длина волны излучения.Для киноформа, например, расчет показывает, что для Фокусировки излучения в область, близкую к тонкому цилиндру длиной Х по оптической оси, следует осуществлять фазовую модуляцию по закону, описываемому уравнением (г): шоД - 1 --- сгф 2 с(и)Ри (2 с + 2 сгг+1+2 Рс 3,до оптическои оси;ное фокусное рассто130223 с числовым программным управлением. Составитель В,АджаловТехред Л.Сердюкова . Корректор М.Пожо Редактор Н,Тупица Заказ 1215/46 Тираж 522 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Ф Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4 ласть нужной формы, В силу кусочно- непрерывного характера рельефа фазового профиля предлагаемый элемент имеет единственный фокус, а значит высокий КПД, 5Предлагаемый способ может использоваться для получения разреза нуж" ной формы при лазерной резке материалов, для регулирования глубины и формы,проплавления шва при лазерной свар 40 ке, для получения отверстий нужной формы, в том числе правильной круговой, при лазерном сверлении отверстий, для равномерного освещения мишени при лазерном управляемом термоядерном синтезе, в гелиоустановка и т.п.Все перечисленные применения способа основаны на его способности получать нужное, в каждом конкрет ном случае, распределение энергии 3 4в рабочей области, т.е. в фокусе излучения, например, в виде конуса, в виде отрезка. прямой, окружности и т.п.Изготовление Оптических элементов с требуемым многоградационным проФилем и таким законом изменения фазового пропускания, который необходим для обеспечения требуемого 1 ас" пределения плотности энергии, может осуществляться с помощью устройства вывода изображения на ЭВМ. При. этом рисуется по специальной программе маска с переменной оптической плотностью, затем амплитудный рельеф превращается в фазовый с помощью отбеливания или фотолитографий,Другим способом изготовления оптических элементов с заданным профилем является использование станков