Оптическая система для выравнивания интенсивности по сечению лазерного пучка

(П) Н 6 02 В 27 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ ффа Ь 9;К В Ф(71) Московское ордена Ленинаи ордена Трудового Красного Энаменивысшее техническое училищеим. Н.Э.Баумана(54)(57). ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ Щ 3 РАВНИВАНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ПО СЕЧЕНИЮЛАЭЕРНОРО уЧКА, содержащая телескопическую систему из последовательно установленных но ходу луча микрообъектива, диафрагмы и объектива ввиде одиночной положительной линзыиэ нейтрального стекла, о. т л и:ч а ю щ а я с я тем, что,с цельюпреобразования гауссовского лазерного пучка в однородную плоскую волну и повышения эффективности пере"дачи световой энергии, в нее, дорагмой и лин-ная линза иэвчем оптичесбъектива соот полнительно мезщу диаэой введена отрицателбесцветного стекла, пркая силаполученноговетствует условиюфее офвьюк Ц юлинзы йэнейтральветствует условию оптическая сил ного стекла со фл 8 ва 3 5 раэпреа диаметр ди выаает 260, где 260 ф 26 о диаметр пучка навходе и в плоскостидиафрагма по уровнюинтенсивности Ее соответственно 1Фокусное расстояниемикрообъектива;диаметр однородногоплоского пучка на выходе системз;коэфФициенты преломления и поглощениянейтрального стекласоответственно. е фвыкИзобретение относится к оптическому приборостроению и может бытьиспользонано в различных когерентнЫх процессорах и голографии для.высокоэфФективного преобразованияпучка одномодового лазера воднородную плоскую волну с высокой эффективностью преобразования световой энергии.В известных оптических системахдля расширения лазерного пучка и 10получения плоского волнового фронтаиспользуются системы, содержащиемикрообъектив (обычно стандартный),диафрагму и коллимирующую линзу 13,15Недостатком этих .систем являетсясущественная неравномерность распределения интенсивности в поперечном сечении пучка на выходе системы(повторяющая по характеру распределение на входе) и низкая эффективностьпреобразования световой энергии,поскольку для получения малой неравномерности поперечного распределенияинтенсивности.пучок на выходе системыдиафрагмируют, в результате этогоиспользуют лишь незначительнуючасть мощности лазера - порядка еди"ниц процента.Наиболее близкой по сущноститехнического решения является апти"ческая система, содержащая телескопическую систему из последонательноустановленных по ходу пучка Микрообъектива, диафрагмы и объективав виде одиночной положительной линзы из нейтрального стекла (2 1.Недостатком такой системы является то, что она осуществляет преобразование лишь поперечного распределения амплитуды гауссова пучка, но не Формирует плоскую волнуна выходе, а также не позволяетдостичь высокой эффективности преобразования световой энергии.Целью изобретения является Форми.рование из гауссона лазерного пучкаоднородной плоской волны и повышение эффективности преобразованиясветовой энергии.Поставленная цель достигаетсятем, что оптическая система для выравнивания интенсивности по сечениюлазерного пучка, содержащая телескопическую систему из последова- .тельно установленных по ходу пучкамикрообъектива, диафрагмы и объектива в виде одиночной положительной линзы из нейтрального стекла,дополнительно снабжена отрицательнойлинзой из бесцветного стекла,расположенной между диафрагмой и положительной линзой, причем оптическаясила полученного объектива соответ"ствует условию Ф= 26 д/1)вы Х , оп"тическая сила линзы из нейтральногостекла соответствует условию .Фж 65:.8 (д,. -1) /О(Ю а диаметр диафрагмы н 3-5 раз превышает 26, где 2 6, 2 6 в . соответственно ди-.аметр пучка на входеи в плоскости диафрагмы по уровню интенсивности 1/9;Х в Фокусное расстояниемикрообъектива;Рз,- диаметр однородногоплоского пучка наФ выходе системы 1плс(л - коэффициенты преломления и поглощениянейтрального стекласоответственно.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 гауссовалазерного 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 вьаае оптическую силу Ф при оптической силе положительной линзы Фд, Формирует на вы" ходе оптической систеьж однородную плоскую волну диаметром 0, с высокой эффективностью преобразования световой энергии37.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 26 о,фокусного расстояния микрообъективаЮ коэффициентов преломления а и поглощения Ыд нейтрального стекла попожительной линзы и диаметра выходного пучка Ре с другой стороны, позволяет получить из гауссо. ва пучка однородную плоскую волну требуемого диаметра и повйсить эффективность преобразования световой энергии до предельно возможной для данного устройства (Ф 37) при любых сочетаниях 26 в, У, П и а(, Кроме того, наличие достаточного количества свободных параметров обеспечивает возможность практически полной компенсации аберраций обеспечение размера диафраг.986194 СоставительЛ.ПеребейносоваТехред Т.фантаКорректор Г.Огар Редактор П.Горьковат Заказ 1145/5 . Тираж 497 Подписное ВНИИПИ;Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Рауюская наб;, д. 4/5филиал ППП ффПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ви, 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 искаженияФорму и энергию гауссова пучка..В ачестве примера конкретной реализации приведена оптическая система для формирования однородной плоскойволны с диаметром выход ного пучка.3 ,= 35 мм из гауссова лучка одномодового лазера с длиной волны Л"- 0,6328 мкм и размером пятна 26 р 0,62 мм. Оптическая сис.тема предложенного типа при использовании стандартного апохроматического микрообъектива ОСс фокусным расстоянием Е,: 8,37 мм и нейтральногостекла НСположительной линзы объектива (телескопической систеьщ) с коэффициентом поглощения Кр 0,2677 жг на длине волны " лазера 3 е 0,6328 мкм имеет дополнительную отрицательную линзу и оптическую силу объектива телеско.пической системы Ф:0,0021164, а так же оптическую силу положительной ,линзы иэ нейтрального .стекла Фд=0,0121976. Такая телескопическая . система, содержащая объектив с подобранными при абберрационном 1 ас-чете и приведенными к Гостированному ряду конструктивными параметрами= -304,1 мм, Рг= 6,23 мм,фЗ =- 62, 23 мм, Ф д -121 ф 9 ммуд:3 мм, дг-О, дэ,8 мм, обеспечивает. формирование однороднойплоской волны требуемого диаметра,т.е. необходимую амплитудно-Фазовую коррекцию пучка: постоянное,10 амплитудное распределение по всемудиаметру выходного пучкаМ =35 мми постоянное Фазовое распределение,поскольку угол расхо сти на вы.ходе системы 9 = + и15 щ 0,00002217 рад = 4,43 ф практически равен диафракциойному Вт== 0,00002206 рад = 4,41 ф,.а остаточные аберрации в системе составляютО = 0,22 10-.ф рад. Эффективностьиспользования Световой энергии всистеме опре еляется поФормуле,= - ехр - (где 26 - разг умер гауссова пучк на объективе25по уровню 1/, 2- диаметр линзы), равна с=рс = 36,8,устройство позволяет существенноповысить качество преобразованиялазерного пучка по сравнению сизвестными.