Способ преобразования ограниченного волнового пучка и устройство для его осуществления (его варианты)

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСК РЕСПУБЛИК 12919 19) Я 1)4 С 02 В 27/00 НЫИ НОМИТЕТ СССРБРЕТЕКИЙ И ОТКРЫТИЙ УНАРСТ ДЕЛАМ 3".гЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / ")СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОПИС КО ТО.8) электр 166, М.Б., Теория в 1984,и енко О.В.,лн. М.: На,(54) СПОНОГО ВОЛНДЛЯ ЕГО НСОБ, ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОГРАНИЧЕ ОВОГО ПУЧКА И УСТРОЙСТВООСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение относится к областям техники, использующим волновые процессы, и позволяет расширить функциональные возможности путем сосредоточения основной части мощности в кольцевой области с равномерным распределением интенсивности по окружности. Пучок с определенным распределением поля формуют в дальней зоне плоскости, нормальной оптической оси пропуская плоскую волну постоянной амплитуды от формирователя 2 через круглое отверстие диафрагмы 3, Второй пучок от делителя, пройдя отражатель 7, диафрагму 9, систему 10,. коллиматор 11, отражатель 8, сводится в противофазе на сумматоре 6 с пе вым пучком путем совмещения их оптических осей. Проекцируют сведенный пучок через ограничивающее отверстие диафрагмы 15 на экран 16 в дальнюю зону. Автоматическая оптимизация кон трастности проекции пучка на экране осуществляется датчиком 18, связанным через блок управления 19 с приводом 14 подвижной призмы 13Приведен второй вариант устройства, реализующего способ преобразования.волнового пучка. 3 с., 5 з.п. ф"лы, 2 ил.1 12919Изобретение относится к областямтехники, использующим волновые процессы, например к оптике, акустике,а более конкретно - к преобразованию ограниченного волнового пучка,и может быть использовано в технологии машиностроения и других областейпромьппленности.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем сосредоточения основной части мощности в кольцевой области с равномерным распределением интенсивности поокружности, а также сосредоточениеосновной мощности в эллиптическомкольце.На фиг. 1 представлена оптико-механическая схема первого вариантаустройства для преобразования ограниченного волнового пучка; на Фиг. 2"20то же, для второго варианта,Способ преобразования ограниченного волнового пучка реализуется сле-,дующим образом,. 25Пропуская плоскую волну постояннойамплитуды нормально через круглое отверстие, формируют пучок в плоскости,нормальной оптической оси, в дальнейзоне с распределением поляО, = -. А,е, (2 м., г/),где А- характеризующая амплитудупостоянная;Ч - Фаза;2 с, - угол, под которым видно от 35верстие из точки пересеченияоптической оси с указаннойплоскостью;5 - длина волны;г - текущий радиус в этой плоскости;Г, - Функция Бесселя 1 рода первого порядка.Аналогично формуют второй пучок с распределением поля в плоскости дальней зоны А еГ, (27 с гй) где А - характеризующая амплитудувторого пучка постоянная;Ч - его фаза;2 М - угол, под которым видно отверстие, формирующее второйпучок, из точки пересеченияоптической оси с даннойплоскостью.Затем пучки коллимируют и сводят в один пучок в противофазе с отноше 19 2нием амплитуды А, первого пучка камплитуде А второго, равным А,/А == М, /М. После этого пропускают сведенный пучок по нормали через ограничивающее круглое отверстие, соосноеоптической оси, и проецируют его на,.экран в дальнюю зону, В результатеосновная часть мощности пучка сосредотачивается там в кольцевой областис угловыми размерами с, и Ы . Приэтом диаметр ограничивающего круглого отверстия Й выбирают из соотноше"ния д2/М. Для сосредоточенияосновной мощности в эллиптическомкольце после пропускания пучка черезограничивающее круглое отверстие осуществляют линейное сжатие пучка покрайней мере в одном направлении и,кроме того, при необходимости пропускают через усилитель. Перед коллимированием пучков производят непрерывное изменение их углового увеличения,фазу второго пучка сдвигают относи.тельно фазы первого до получения максимальной контрастности проекции сведенного пучка. на экране в дальнейзоне,Устройство для преобразования ограниченного волнового пучка содержитоптическую скамью 1, источник и формирователь 2 плоского пучка постоянной амплитуды, круглую диафрагму 3,диаметром Й ориентированную по нормали к оптической оси. Перед диафрагмой 3 введен под углом 45 к плоскости диафрагмы делитель 4 пучка скоэффициентом пропускання К. За диафрагмой 3 последовательно установлены первый коллиматор 5 (в дальнейзоне диафрагмы 3 на расстоянии Е, отнее, причем база устройства до коллиматора может быть уменьшена как засчет уменьшения диаметра диафрагмы,так и известными оптическими средствами) и сумматор 6 пучков, ориентиорованный под углом 90 к плоскостиделителя 4.1Конструктивно сумматор не отличается от делителя, но имеет коэффициент пропускания К, Параллельно иоппозитно делителю 4 и сумматору 6установлены соответственно два плоских отражателя 7 и 8. Между ними последовательно расположены втораякруглая диафрагма 9 диаметром с 1 ,система 10 изменения длины оптического пути пучка и второй коллиматор 11(в дальней зоне диафрагмы 9 на рас 3 12919стоянии 2 от нее). Система 10 состоит иэ двух прямоугольных призм 12и 13 полного внутреннего отражения.Одна из призм выполнена подвижной сприводом 14. За сумматором 6 параллельно первой диафрагме 3 установлены ограничивающая круглая диафрагма 15 диаметром й и в ее дальней зоне - экран 16.Величины Й, Й, Й, К,10связаны с величинами 0 К, К соотношениями Й/2 = 2 Ыс 1/2 г 2 фаф2%115ма й 1К 1+.г 1 - В. 1,Устройство работает следующим образом.Из источника и формирователя 2 20 плоский пучок постоянной амплитуды поступает на делитель 4 и разделяется на два пучка, Первый из них проходит через диафрагму 3, коллиматор 5, сумматор 6, диафрагму 15. Второй пучок направляется на отражатель 7, затем на диафрагму 9, систему 1 О, коллиматор 11, отражатель 8 и поступает на сумматор 6, где и сводится с первым пучком путем совмещения их оптических осей. Перемещая приводом 14 одну из призм 13, изменяют длину оптического пути пучка до получения на сумматоре сдвига фаз между пучками (2 Е+1)9. При этом на 35 экране 16 будет получено изображение с максимальной контрастностью. Устройство реализует способ и позволяет выполнить поставленную цель только при наличии всех указанных элемен тов.Для деформации формы эоны сосредоточения мощности пучок можно пропустить через одну или несколько 45 последовательных цилиндрических линз 17, ориентированных в заданном направлении. Для автоматической оптимизации контрастности проекции пучка на экране вводят датчик 18, который связан через блок 19 управления с приводом 14 подвижной призмы 13, По сигналу датчика производится смещение призмы 13 до получения максимального сигнала датчика.Если после ограничивающей диафрагмы и линзы 17 установить усилитель 20, то на выходе его получаем усиленный пучок, удовлетворяющий поставленной 19 4цели, причем его преобразование происходит без потери мощности.Для обеспечения в ряде приложений возможности непрерывного изменения угловых направлений сосредоточения мощнос.и с, о пучки пропускают через оптические устройства 21 и 22, обеспечивающие непрерывное изменение их увеличения, например, панкратические оптические системы, расположенные перед коллиматорами 5 и 11, Для обеспечения необходимой непрерывной подстройки коллиматоров при изменении увеличения приводы оптических устройств 21 и 22 функционально связаны с приводами коллиматоров связями 23 и 24.Второй вариант устройства может быть использован в том случае, когда желательно сократить число диафрагм. в устройстве.Это несколько упрощает его эксплуатацию и комплектование, но одновременно ограничивает возможности вариации между диаметрами диафрагм и расстояниями 2 и 2 для заданных М и Мг.Устройство по этому варианту содержит оптическую скамью 1 с установленными на ней источником и формирователем 2 плоского пучка постоянной амплитуды и круглой диафрагмой 3 диаметром Й, ориентированной по нормали к оптической оси. За диафрагмой 3Овведен под углом 45 к плоскости диафрагмы делитель 4 пучка с коэффициентом пропускания К. За делителем 4 последовательно установлены первый коллиматор 5 (в дальней зоне диафрагмы 3), а под углом 90 к плоскостиоделителя - сумматор 6 пучков с коэффициентом пропускания К. Параллельно и оппозитно делителю 4 й сумматору 6 установлены соответственно плоские отражатели 7 и 8. Между ними последовательно расположены система изменения длины оптического пути пучка 10, состоящая из совокупности, по крайней мере, двух прямоугольных призм 12 и 13 полного внутреннего отраженйя ,одна из призм выполнена подвижной с приводом 14), и коллиматор 11 (в дальней зоне диафрагмы 3), За суматором 6 параллельно диафрагме 3 установлены ограничивающая круглая диафрагма 15 диаметром 1 и экран 16 в ее дальней зоне. При этом параметры устройства должны удовлетворять выше приведенным условиям, но в них Й,= ЙУстройство по второму в ,.ианту работает аналогично устройству по первому варианту, только вначале из источника и Формирователя 2 плоский пучок постоянной амплитуды поступает на диафрагму 3, а затем на делитель 4. Далее оба пучка повторяют пути пучков в первом варианте, но без прохождения через отсутствующие диафрагмы. Как и в первом варианте, это устрой ство может быть дополнено для тех же целей цилиндрической линзой 17, датчиком 18 контрастности с блоком 19 управления, приводом 14 и усилителем 20, с тем же их расположением, а также оптическими устройствами 21 и 22 и связями 23 и 24 их приводов с приводами коллиматоров. ф о р м у л а изобретения1. Способ преобразования ограниченнога волнового пучка, в соответствии с которым, пропуская плоскуюволну постоянной амплитуды нормаль.но через круглое отверстие, Формируют пучок в плоскости, нормальной оптической оси, в дальней зоне с распределением поля1 Я,О = - А,еГ, (ам,г/Ъ),30где А - характеризующая амплитудупостоянная;ч, - Фаза;2 М - угол, под которым видно от 35верстие из точки пересечениоптической оси с указаннойплоскостью;Ъ - длина волны;г - текущий радиус в этой плоскости;, - функция Бесселя 1 рода первого порядкао т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью расширения функциональныхвозможностей путем сосредоточения основной части мощности в кольцевойобласти с равномерным распределением интенсивности по окружности, аналогично формируют второй пучок сраспределением поля в плоскости дальней зоны11 = - А е Р,(2 юМгй),где А - характеризующая амплитудувторого пучка постоянная;Юг - его фаза;2 М - угол, под которым видно отверстие, Формирующее второй пучок, из точки пересеченияоптической оси с даннойплоскостью,затем пучки коллимируют, сводят водин пучок в противофазе с отношением амплитуды А 1 первого пучка к амплитуде А второго, равным А/А=Ы,/М, пропускают сведенный пучокпо нормали через ограничивающее круг.лое отверстие соосное оптическойоси, и проецируют его на экран вдальнюю зону.2. Способ по п,1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что диаметр ограничивающего круглого отверстия с 1 выбирают из соотношения й Ъ 2%/3. Способ по пп, 1 и 2, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюсосредоточения основной мощности вэллиптическом кольце, после пропускания пучка через ограничивающее круглое отверстие осуществляют линейноесжатие пучка по крайней мере в одномнаправлении.4. Способ по пп. 1-3, о т л и ч аю щ и й с я тем, что после прохождения пучка через ограничивающеекруглое отверстие его пропускают через усилитель.5, Способ по пп. 1-4, о т л и ч аю щ и й с я тем, что перед коллимированием пучков производят непрерывное изменение их углового увеличения,б. Способ по пп. 1-5, о т л и ч аю щ и й с я тем, что Фазу второгопучка сдвигают относительно фазы первого до получения максимальной контрастности проекции сведенного пучкана экране в дальней зоне. 7. Устройство для преобразования ограниченного волнового пучка, содержащее установленйые последовательно на оптической оси источник и формирователь плоского пучка постоянной амплитуды, а также круглую диафрагму диаметром Й, ориентированную по нормали к оптической оси, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей путем сосредоточения основной части мощности в кольцевой области с равномерным распределением интенсивности по окружности, в него введен делитель пучка с коэффициентом пропускания К, установленный между диафрагмой и форомирователем под углом 45 к плоскости диафрагмы, за диафрагмой последова1291919 тельно установлены первый коллиматор и под углом 90 к плоскости делитебля - сумматор пучков с коэффициентом пропускания К , параллельно и оппозитно делителю и сумматору установлены соответственно два плоских отражателя, между ними последовательно расположены вторая круглая диафрагма диаметром Й, система изменения длины оптического пути пучка, состоящая из 10 совокупности по крайней мере двух прямоугольных призм полного внутреннего отражения, одна из которых выполнена подвижной, и второй коллиматор, а за сумматором параллельно пер вой диафрагме установлены ограничивающая круглая диафрагма диаметром Й и экран в ее дальней зоне, причем коллиматоры установлены в дальних зонах первой и второй диафрагм на рас стояниях от них Е, и Е, а величины й(, й, й, Е (, Е, К .связаны с угловыми размерами формируемой кольцевой области М,( и (х, и величиной В., соотношениями по нормали к .оптической оси, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможнос" тей путем сосредоточения основной части мощности в кольцевой области с равномерным распределением интенсивности по окружности, в него введен делитель пучка с коэффициентом пропускания К(, установленный за диафрагмой под углом 45 ф к ее плоскости, эа делителем последовательно установлены первый коллиматор и под углом 90 к плоскости делителя - суммаотор пучков с коэффициентом пропускания К , параллельно и оппозитно делителю и сумматору установлены соответственно два плоских отражателя, между ними последовательно расположены система изменения. длины оптического пути пучка, состоящая из сово" купности по крайней мере двух прямоугольных призм полного внутреннего отражения, одна из которых выполнена подвижной, и второй коллиматор, а за сумматором параллельно диафрагме установлены ограничивающая круглая диафрагма диаметром Й и экран в ее дальней зоне, причем коллиматоры установлены в дальней зоне диафрагмы с диаметром Й( на расстояниях от нееЕ, и Е, а величины й.(, й, К, Е, 2 связаны с угловыми размерами формируемой кольцевой области К( и М и величиной К, соотношенияи й 29( К( 0 ЙТК = 1 +2 1 - К, м,1 где- длина волны.8. Устройство для преобразования ограниченного волнового пучка, содержащее установленные последовательно 35 на оптической оси источник и формирователь плоского пучка постоянной амплитуды, а также круглую диафрагму диаметром с 1(, ориентированную/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 аказ 261/45 Тираж 522 ВНИИПИ Государственног по делам изобретении 113035, Москва, Ж, Ракомитета СССи открытийская наб., д