ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОЛЯРИЗАЦИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК G02B5/30 

Предлагаемое изобретение относится к области лазерной оптики, более конкретно к внерезонаторному преобразованию когерентного излучения.

Известно устройство [1] (прототип) для преобразования излучения с круговой поляризацией в излучение с осесимметричной поляризацией. Для этого на пути циркулярно поляризованного излучения последовательно устанавливаются четыре соосные конуса с одинаковыми углами при вершинах, выполненные из прозрачного для излучения материала (стекло, кварц), которые обеспечивают осесимметричное состояние поляризации благодаря различию в коэффициентах прохождения и отражения для волн с вектором электрического поля, осциллирующим в азимутальном и радиальном направлениях.

Такое устройство имеет ряд недостатков. Использование проходных оптических материалов накладывает ограничения на спектральный состав излучения и его мощность. Хорошо известно, что отражательные оптические элементы обладают более высокой лучевой стойкостью, чем проходные. Кроме того, применение данного устройства приводит к значительным потерям излучения при отражении от конических поверхностей, определяемых формулами Френеля. Для достижения высокой степени осесимметричной поляризации предлагается последовательная установка нескольких таких устройств, что значительно усложняет конструкцию.

Целью предлагаемого изобретения является повышение степени осесимметричной поляризации, уменьшение потерь, упрощение конструкции и увеличение мощности излучения.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве конические поверхности с одинаковыми углами при вершинах, последовательно расположенные на пути распространения луча, выполняются отражательными и устанавливаются так, что первый имеет внешнюю отражательную поверхность от вершины конуса, второй - внутреннюю отражательную поверхность в виде усеченного конуса; первый и второй устанавливаются вершинами навстречу излучению, а третий и четвертый являются зеркальным отражением первого и второго относительно плоскости, перпендикулярной оси падающего луча. Углы конусов выбираются таким образом, чтобы суммарный фазовый сдвиг после отражения от всех конусов составлял λ/4.
По крайней мере на одну из отражающих поверхностей может быть нанесено фазосдвигающее покрытие, обеспечивающее суммарный фазовый сдвиг λ/4 после отражения от всех конусов.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от известного тем, что конические поверхности выполняются отражательными и устанавливаются так, что первый имеет внешнюю отражательную поверхность от вершины конуса, второй - внутреннюю отражательную поверхность в виде усеченного конуса; первый и второй устанавливаются вершинами навстречу излучению, а третий и четвертый являются зеркальным отражением первого и второго относительно плоскости, перпендикулярной оси падающего луча, а углы конусов выбираются таким образом, чтобы суммарный фазовый сдвиг после отражения от всех конусов составлял λ/4.
По крайней мере на одну из отражающих поверхностей может быть нанесено фазосдвигающее покрытие, обеспечивающее суммарный фазовый сдвиг λ/4 после отражения от всех конусов.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом. По ходу луча установлены конус 1 с внешней отражающей поверхностью, усеченные конусы 2 и 3 с внутренней отражающей поверхностью, конус 4 с внешней отражательной поверхностью.

Устройство работает следующим образом. Лазерное излучение с круговой поляризацией (чертеж, а) поступает на вход системы из четырех соосных конусов. Суммарное воздействие вследствие отражения от поверхности четырех конусов эквивалентно фазосдвигающему элементу λ/4 и переводит поляризацию из циркулярной в линейную. Поскольку система координат, определяющая разложение на P- и S-волны, связана с образующей конуса, то угол между направлением колебаний вектора электрического поля и радиусом, проведенным от оси луча в рассматриваемую точку, оказывается одинаковым во всех точках поперечного сечения луча (чертеж, б). В результате поляризация в поперечном сечении пучка становится осесимметричной.

Предлагаемая система четырех конусных отражателей сохраняет на выходе распределение интенсивности входящего излучения.

Как известно [2], при отражении от поверхности металла происходит сдвиг фаз между P- и S-компонентами излучения. Поэтому предлагаемое изобретение может быть реализовано при использовании металлических отражательных поверхностей. При этом одно отражение должно давать сдвиг фаз λ/16, что и определяет выбор угла при вершинах конусов.

По крайней мере на одну из отражающих поверхностей может быть нанесено фазосдвигающее покрытие, обеспечивающее суммарный фазовый сдвиг λ/4 после отражения от всех конусов.

Источники информации:
1. F. Schafer. Method and device for polarizing light radiation. US Patent 4,755,027. (1988).

2. Б. М.Яворский, А.А.Детлаф. Справочник по физике. М., Наука. 1974, с. 595.

Преобразователь лазерного излучения состоит из четырех соосных конусов с одинаковыми углами при вершинах, установленных последовательно на пути распространения луча. Первый конус имеет внешнюю отражательную поверхность от вершины конуса, второй - внутреннюю отражательную поверхность в виде усеченного конуса. Первый и второй конусы установлены вершинами навстречу излучению, а третий и четвертый являются зеркальным отражением первого и второго относительно плоскости, перпендикулярной оси падающего луча. Углы конусов выбираются таким образом, чтобы суммарный фазовый сдвиг после отражения от всех конусов составлял λ/4. По крайней мере на одну из отражающих поверхностей может быть нанесено фазосдвигающее покрытие. Обеспечивается повышение степени осесимметричной поляризации, уменьшение потерь, упрощение конструкции и увеличение мощности излучения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Преобразователь лазерного излучения, состоящий из четырех соосных конусов с одинаковыми углами при вершинах, установленных последовательно на пути распространения луча, отличающийся тем, что конические поверхности выполняются отражательными и устанавливаются так, что первый имеет внешнюю отражательную поверхность от вершины конуса, второй - внутреннюю отражательную поверхность в виде усеченного конуса, первый и второй устанавливаются вершинами навстречу излучению, а третий и четвертый являются зеркальным отражением первого и второго относительно плоскости, перпендикулярной оси падающего луча, а углы конусов выбираются таким образом, чтобы суммарный фазовый сдвиг после отражения от всех конусов составлял λ/4.
2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере на одну из отражающих поверхностей нанесено фазосдвигающее покрытие.