СПЕКЛОПОДАВИТЕЛЬ ДЛЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2016 года по МПК G02F1/00 

Область техники

Изобретение относится к модуляции света методами управления интенсивностью и фазовыми характеристиками светового потока и может найти применение для лазерных источников света общего назначения, в том числе для разрушения пространственной и временной когерентности, подавления спекла и в ряде других специальных применений, в оптико-механической промышленности, телевидении, печати, средствах связи, световолоконных коммутирующих и фильтрующих устройствах, быстродействующих строчных и матричных принтерах и других областях техники.

Уровень техники

Известен спеклоподавитель, содержащий вращающийся диффузор, шаговый мотор с колебательным движением и устройство управления.

Недостатком этого устройства является применение движущихся частей, большие габариты и потери света при подавлении спекла.

Известен также спеклоподавитель, содержащий вращающийся жгут оптоволокна, двигатель для вращения световолоконного жгута и устройство управления. Недостатком этого устройства является низкий уровень подавления спекла, большие потери в световом потоке лазерного излучения.

Известно устройство для подавления спекла, содержащее фазовую пластинку, представляющую собой фазовый дифракционный оптический элемент, на котором нанесены различные последовательности шумовых кодов, например код Баркера, причем каждый оптический элемент сдвигает набег фазы света на ±π. Основной недостаток этого устройства - низкое подавление контраста спекла и невозможность использования перемещения фазового дифракционного рисунка, впечатанного в фазовую пластину.

Известен ультразвуковой спеклоподавитель, содержащий излучатель ультразвука, устройство управления, ультразвуковой модулятор, на котором создается с помощью ультразвука бегущая геометрическая волна. Недостатком его является большой вес и большое энергопотребление.

Наиболее близким к изобретению является спеклоподавитель, содержащий промежуточный носитель рельефной записи, состоящий из прозрачной подложки в виде плоскопараллельной пластины или призмы полного внутреннего отражения с последовательно нанесенными на нее прозрачным гелеобразным слоем и системы параллельных ленточных электродов управления и заземления, нанесенных на вторую прозрачную подложку и размещенных с зазором над гелеобразным слоем, блок источников напряжений сигналов, соединенных с электродами управления (Авт. св. СССР №678519, кл. G11B 7/00, 1979. Гущо Ю.П. Физика рельефографии. - М.: Наука 1999, с. 526) [1].

Недостатком известного устройства является отсутствие устройства управления, подавляющего спекл лазерного излучения.

Задачей изобретения является расширение сферы применения и повышение качества спеклоподавления.

Сущность изобретения

Эти задачи решаются созданием изобретения.

Спеклоподавитель лазерного излучения согласно изобретению содержит модулятор и устройство управления, причем модулятор содержит нанесенные на первую прозрачную подложку прозрачный электропроводящий слой, покрытый прозрачным гелеобразным слоем и систему из i штук параллельных ленточных электродов заземления и управления, расположенных на второй прозрачной подложке в одной плоскости и размещенных с зазором над прозрачным гелеобразным слоем и соединенных электрически с устройством управления, при этом первая прозрачная подложка с прозрачным электропроводящим слоем оптически контактирует с призмой полного внутреннего отражения, причем образующая призмы перпендикулярна ленточным электродам, а устройство управления содержит, по крайней мере, один регистр сдвига заземления и один регистр сдвига управления, электрически соединенные с электродами заземления и электродами управления соответственно, при этом часть электродов заземления и часть электродов управления имеет электрическую связь с соответствующими блоками обратной связи, при этом блок обратной связи, соединенный n входами с электродами заземления, своим выходом электрически соединен со входом регистра сдвига заземления, а блок обратной связи, соединенный n входами с электродами управления, своим выходом электрически соединен со входом регистра сдвига управления соответственно, причем тактовый генератор устройства управления электрически соединен первым выходом со входами регистра сдвига заземления и регистра сдвига управления, а другой выход соединен со входом делителя частоты, при этом делитель частоты своими двумя выходами соединен с регистром сдвига заземления и регистром сдвига управления соответственно, при этом устройство управления содержит блок источников напряжения, электрически соединенный с регистром сдвига заземления и регистром сдвига управления, с блоками обратной связи заземления и управления, тактовым генератором, делителем частоты и блоком обнуления, причем блок обнуления электрически соединен своим входом с тактовым генератором и электрически соединен своими двумя выходами со входом регистра сдвига заземления и входом регистра сдвига управления соответственно.

Кроме того, спеклоподавитель по изобретению содержит ленточный электрод заземления и управления, каждый из которых имеет, по крайне мере, раздвоенную структуру, причем элементы раздвоенной структуры соединены электрически между собой.

Кроме того, спеклоподавитель по изобретению содержит модулятор и устройство управления, причем модулятор содержит нанесенные на первую прозрачную подложку прозрачный электропроводящий слой, покрытый прозрачным гелеобразным слоем и систему из i штук параллельных ленточных электродов заземления и управления, расположенных на второй прозрачной подложке в одной плоскости и размещенных с зазором над прозрачным гелеобразным слоем и соединенных электрически с устройством управления, при этом первая прозрачная подложка с прозрачным электропроводящим слоем оптически контактирует с призмой полного внутреннего отражения, причем образующая призмы перпендикулярна ленточным электродам, а устройство управления содержит, по крайней мере, один регистр сдвига заземления и один регистр сдвига управления, электрически соединенные с электродами заземления и электродами управления соответственно, при этом часть электродов заземления и часть электродов управления имеет электрическую связь с блоком обратной связи, при этом блок обратной связи, соединенный n входами с электродами заземления, своим выходом электрически соединен со входом регистра сдвига заземления, причем выход регистра сдвига заземления соединен со входом регистра сдвига управления, причем тактовый генератор устройства управления электрически соединен первым выходом со входами регистра сдвига заземления и регистра сдвига управления, а другой выход соединен со входом делителя частоты, при этом делитель частоты своими двумя выходами соединен с регистром сдвига заземления и регистром сдвига управления соответственно, при этом устройство управления содержит блок источников напряжения, электрически соединенный с регистром сдвига заземления и регистром сдвига управления, с блоком обратной связи заземления, тактовым генератором, делителем частоты и блоком обнуления, причем блок обнуления электрически соединен своим входом с тактовым генератором и электрически соединен своими двумя выходами со входом регистра сдвига заземления и входом регистра сдвига управления соответственно.

Кроме того, спеклоподавитель по изобретению содержит тактовый генератор, в который введен блок коррекции, меняющий произвольно частоту генерирования тактовых импульсов.

Перечень чертежей

На фиг. 1 показана блок-схема спеклоподавителя с двумя обратными связями.

На фиг. 2 показана блок-схема спеклоподавителя с одной обратной связью.

На фиг. 3 показан пример электрической схемы спеклоподавителя с двумя обратными связями.

На фиг. 4 показан пример электрической схемы спеклоподавителя с одной обратной связью.

На фиг. 5 показан рельефографический модулятор света 1.

На фиг. 6 показан пример топологии с раздвоенными электродами заземления 13 и управления 14.

На фиг. 7 показан спектр излучения в фазовой плоскости при сплошных электродах (А) и раздвоенных электродах (Б).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Спеклоподавитель лазерного излучения (фиг. 1, 3, 5 и 7) содержит модулятор 1 и устройство управления 1А, причем модулятор 1 содержит нанесенные на первую прозрачную подложку 17 прозрачный электропроводящий слой 11, покрытый прозрачным гелеобразным слоем 12 толщиной d с диэлектрической проницаемостью ε1, и систему из i штук параллельных ленточных электродов заземления 13 и управления 14, расположенных на второй прозрачной подложке 10 в одной плоскости и размещенных с зазором 15 толщиной l с диэлектрической проницаемостью ε2 над прозрачным гелеобразным слоем 12 и соединенных электрически с устройством управления 1А, при этом первая прозрачная подложка 17 с прозрачным электропроводящим слоем 11 оптически контактирует с призмой полного внутреннего отражения 16, причем образующая призмы перпендикулярна ленточным электродам 13 и 14, а устройство управления 1А содержит, по крайней мере, один регистр сдвига заземления 2 и один регистр сдвига управления 3, электрически соединенные с электродами заземления 13 и электродами управления 14 соответственно, при этом часть электродов заземления 13 и часть электродов управления 14 имеет электрическую связь с соответствующими блоками обратной связи 6 и 7, при этом блок обратной связи 6 соединен n входами с электродами заземления 13, своим выходом электрически соединен со входом регистра сдвига заземления 2, а блок обратной связи 7, соединенный n входами с электродами управления 14, своим выходом электрически соединен со входом регистра сдвига управления 3 соответственно, причем тактовый генератор 5 устройства управления 1А электрически соединен первым выходом со входами регистра сдвига заземления 2 и регистра сдвига управления 3, а другой выход соединен со входом делителя частоты 8, при этом делитель частоты 8 своими двумя выходами соединен с регистром сдвига заземления 2 и регистром сдвига управления 3 соответственно, при этом устройство управления 1А содержит блок источников напряжения 4, электрически соединенный с регистром сдвига заземления 2 и регистром сдвига управления 3, с блоками обратной связи заземления 6 и управления 7, тактовым генератором 5, делителем частоты 8 и блоком обнуления 9, причем блок обнуления 9 электрически соединен своим входом с тактовым генератором 5 и электрически соединен своими двумя выходами со входом регистра сдвига заземления 2 и входом регистра сдвига управления 3 соответственно.

В другом варианте осуществления (фиг. 1, 3, 5, 6 и 7) устройство содержит каждый ленточный электрод заземления 13 и управления 14 в виде, по крайне мере, раздвоенной структуры, причем элементы раздвоенной структуры соединены электрически между собой (фиг. 6). Ленточные электроды могут быть разделены на большее количество субэлектродов. Из теории рельефографии известно (Гущо Ю.П. Физика рельефографии. - М.: Наука, 1992), что в фазовой спектральной плоскости в этом случае появятся дополнительные порядки дифракции, обусловленные совместным воздействием основной пространственной частоты и кратной ей частоты обертонов (фиг. 7).

В другом варианте осуществления (фиг. 2, 4, 5 и 7) спеклоподавитель лазерного излучения содержит модулятор 1 и устройство управления 1А, причем модулятор 1 содержит нанесенные на первую прозрачную подложку 17 прозрачный электропроводящий слой 11, покрытый прозрачным гелеобразным слоем 12 толщиной d с диэлектрической проницаемостью ε1, и систему из i штук параллельных ленточных электродов заземления 13 и управления 14, расположенных на второй прозрачной подложке 10 в одной плоскости и размещенных с зазором 15 толщиной l с диэлектрической проницаемостью ε2 над прозрачным гелеобразным слоем 12 и соединенных электрически с устройством управления 1А, при этом первая прозрачная подложка 17 с прозрачным электропроводящим слоем 11 оптически контактирует с призмой полного внутреннего отражения 16, причем образующая призмы перпендикулярна ленточным электродам 13 и 14, а устройство управления 1А содержит, по крайней мере, один регистр сдвига заземления 2 и один регистр сдвига управления 3, электрически соединенные с электродами заземления 13 и электродами управления 14 соответственно, при этом часть электродов заземления 13 и часть электродов управления 14 имеет электрическую связь с блоком обратной связи 6, при этом блок обратной связи 6 соединен n входами с электродами заземления 13, а своим выходом электрически соединен со входом регистра сдвига заземления 2, причем выход регистра сдвига заземления 2 соединен со входом регистра сдвига управления 3, причем тактовый генератор 5 устройства управления 1А электрически соединен первым выходом со входами регистра сдвига заземления 2 и регистра сдвига управления 3, а другой выход соединен со входом делителя частоты 8, при этом делитель частоты 8 своими двумя выходами соединен с регистром сдвига заземления 2 и регистром сдвига управления 3 соответственно, при этом устройство управления 1А содержит блок источников напряжения 4, электрически соединенный с регистром сдвига заземления 2 и регистром сдвига управления 3, с блоком обратной связи заземления 6, тактовым генератором 5, делителем частоты 8 и блоком обнуления 9, причем блок обнуления 9 электрически соединен своим входом с тактовым генератором 5 и электрически соединен своими двумя выходами со входом регистра сдвига заземления 2 и входом регистра сдвига управления 3 соответственно.

В другом варианте осуществления (aиг. 2, 4, 5 и 7) устройство содержит тактовый генератор 5, в который введен блок коррекции, меняющий произвольно частоту генерирования тактовых импульсов. Известно, что уровень спеклоподавления увеличивается с изменением структуры бегущей пространственной волны на поверхности гелеобразного слоя 12. В связи с изменением частоты бегущей пространственной волны, благодаря блоку коррекции будет меняться скорость бегущей волны в реальном времени, что приведет к дополнительному подавлению спекла.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Тактовый генератор 5 вырабатывает электрические импульсы, поступающие на вход делителя частоты 8 (aиг. 1 и 3). С выхода делителя частоты 8 электрические импульсы в противофазе поступают на входы регистров сдвига заземления 2 и управления 3 соответственно. С другого выхода тактового генератора 5 электрические импульсы поступают на входы регистров сдвига заземления 2 и управления 3 соответственно. На входы блоков обратной связи 6 и 7 поступают электрические сигналы, возбуждаемые тактовым генератором 5. С выхода блоков обратной связи 6 и 7 сигналы поступают на входы соответствующих регистров сдвига 2 и 3. С помощью тактового генератора 5 вырабатываемая последовательность случайных импульсов перемещается с каждым тактом в регистрах сдвига 2 и 3 от входа к выходу. При этом блок обнуления 9 разрешает подавать эти сигналы либо на электроды заземления 13, либо на электроды управления 14.

Например, при поступлении сигналов на электроды управления 14 все электроды заземления 13 заземлены. В следующем такте все электроды управления 14 заземлены, а на электродах заземления 13 появляются соответствующие сигналы. Таким образом, по электродам заземления 13 и управления 14 движется бегущая случайная волна, скорость которой задается генератором 5. Электрические сигналы, поступающие на электроды 13 и 14, создают геометрический рельеф на гелеобразном носителе 12. Когерентный свет лазерного источника света проходит через случайно образованный рельеф бегущей волны, теряет пространственную и временную когерентность.

В другом варианте изобретения (aиг. 1, 3, 6) устройство работает следующим образом. Например, раздвоение электродов 13 и 14 позволяет усилить шумовой эффект, действующий на лазерное излучение, благодаря появлению геометрического рельефа на гелеобразном носителе, наложенного с пространственной частотой в 2 раза больше частоты, вызванной сдвоенными электродами, работающими как одна полоса. Этот эффект может быть вызван, например, изменением напряжения источника 4, изменением величины зазора l между свободной поверхностью гелеобразного слоя и поверхностью электродов заземления и управления. Детали этого процесса описаны в книге Гущо Ю.П. Физика рельефографии. - М.: Наука, 1992. Часть ленточных электродов заземления и управления может быть разделена на 2, 3 и т.д. лепестков в зависимости от геометрии модулятора и устанавливаемого напряжения.

В другом варианте изобретение работает следующим образом (фиг. 2 и 4).

Тактовый генератор 5 вырабатывает электрические импульсы, поступающие на вход делителя частоты 8. С выхода делителя частоты 8 электрические импульсы в противофазе поступают на входы регистров сдвига заземления 2 и управления 3 соответственно. С другого выхода тактового генератора 5 электрические импульсы поступают на входы регистров сдвига заземления 2 и управления 3 соответственно. На вход блока обратной связи 6 поступают электрические сигналы, возбуждаемые тактовым генератором 5. С выхода блока обратной связи 6 сигналы поступают на вход регистра сдвига заземления 2, а с его выхода на вход регистра сдвига управления 3. С помощью тактового генератора 5 вырабатываемая последовательность случайных импульсов перемещается с каждым тактом в регистрах сдвига 2 и 3 от входа к выходу. При этом блок обнуления 9 разрешает подавать эти сигналы либо на электроды заземления 13, либо на электроды управления 14.

Например, при поступлении сигналов на электроды управления 14 все электроды заземления 13 заземлены. В следующем такте все электроды управления 14 заземлены, а на электродах заземления 13 появляются соответствующие сигналы. Таким образом, по электродам заземления 13 и управления 14 движется бегущая случайная волна, скорость которой задается генератором 5. Электрические сигналы, поступающие на электроды 13 и 14, создают геометрический рельеф на гелеобразном носителе 12. Когерентный свет лазерного источника света проходит через случайно образованный рельеф бегущей волны, теряет пространственную и временную когерентность.

В другом варианте изобретение работает следующим образом (фиг. 2 и 4). В тактовый генератор 5 введен блок коррекции, меняющий произвольно частоту генерирования тактовых импульсов. Известно, что уровень спеклоподавления увеличивается с изменением структуры бегущей пространственной волны на поверхности гелеобразного слоя 12. В связи с изменением частоты бегущей пространственной волны, благодаря блоку коррекции будет меняться скорость бегущей волны в реальном времени, что приведет к дополнительному подавлению спекла.

Пример реализации изобретения

Прозрачный гелеобразный слой 12 приготавливают следующим образом. Предварительно смешивают поливинилсилоксан (100 мас.ч.) и сшивающий агент-олигогидридсилоксан (20 мас.ч.), в полученную смесь после предварительного перемешивания вводят полиметилсилоксановую жидкость (150 мас.ч.), смесь вновь тщательно перемешивают и, наконец, вводят катализатор - 0,1%-ный раствор платинохлорводородной кислоты в органическом растворителе (изопропиловом спирте) (1 мас.ч.). Композицию тщательно перемешивают в течение 5 мин и наносят на электропроводящий прозрачный слой через 10 мин после окончания перемешивания.

Устройство по изобретению может быть выполнено следующим образом. Призма 16 (или первая прозрачная плоскопараллельная подложка 17) и вторая подложка 10 могут быть выполнены из стекла, прозрачный электропроводящий слой 11 - из окиси индия, прозрачный гелеобразный слой 12 изготавливают в виде полиорганосилоксанового геля. Электроды 13 и 14 могут быть выполнены из алюминия, хрома, молибдена. В качестве остальных элементов и блоков могут быть использованы стандартные элементы и блоки. Воздушный зазор 15 можно выбрать, например, 5 мкм, а толщину гелеобразного слоя 12, например, 30 мкм. Толщина электродов 13 и 14 может быть выбрана от десятых до сотых долей микрона. Электрические параметры, используемые в модуляторе 1, могут быть, например, выбраны следующими: напряжение смещения 50 В, напряжение сигнала 15 В, период следования сигналов 10 мкс.

В качестве источника света могут быть использованы, например, полупроводниковые лазеры или лазеры на парах меди, золота, стронция, а также газовые лазеры. В качестве элементов блоков 2-9 могут быть использованы стандартные микросхемы или наборы микросхем, уровень интеграции зависит от технических требований устройств.

Изобретение относится к модуляции света методами управления интенсивностью и фазовыми характеристиками светового потока и может найти применение для лазерных источников света общего назначения, в том числе для подавления спекла. Спеклоподавитель содержит модулятор, содержащий нанесенные на первую прозрачную подложку прозрачный электропроводящий слой, покрытый прозрачным гелеобразным слоем, и систему из i штук параллельных ленточных электродов заземления и управления, размещенных с зазором над прозрачным гелеобразным слоем и соединенных электрически с устройством управления. Устройство управления содержит, по крайней мере, один регистр сдвига заземления и один регистр сдвига управления, электрически соединенные с электродами заземления и электродами управления соответственно, а также блоки обратной связи, тактовый генератор, делитель частоты и блок обнуления. Технический результат - повышение качества спеклоподавления. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Спеклоподавитель лазерного излучения, содержащий модулятор и устройство управления, причем модулятор содержит нанесенные на первую прозрачную подложку прозрачный электропроводящий слой, покрытый прозрачным гелеобразным слоем, и систему из i штук параллельных ленточных электродов заземления и управления, расположенных на второй прозрачной подложке в одной плоскости и размещенных с зазором над прозрачным гелеобразным слоем, и соединенных электрически с устройством управления, при этом первая прозрачная подложка с прозрачным электропроводящим слоем оптически контактирует с призмой полного внутреннего отражения, причем образующая призмы перпендикулярна ленточным электродам, а устройство управления содержит, по крайней мере, один регистр сдвига заземления и один регистр сдвига управления, электрически соединенные с электродами заземления и электродами управления соответственно, при этом часть электродов заземления и часть электродов управления имеет электрическую связь с соответствующими блоками обратной связи, при этом блок обратной связи, соединенный n входами с электродами заземления, своим выходом электрически соединен со входом регистра сдвига заземления, а блок обратной связи, соединенный n входами с электродами управления, своим выходом электрически соединен со входом регистра сдвига управления соответственно, причем тактовый генератор устройства управления электрически соединен первым выходом со входами регистра сдвига заземления и регистра сдвига управления, а другой выход соединен со входом делителя частоты, при этом делитель частоты своими двумя выходами соединен с регистром сдвига заземления и регистром сдвига управления соответственно, при этом устройство управления содержит блок источников напряжения, электрически соединенный с регистром сдвига заземления и регистром сдвига управления, с блоками обратной связи заземления и управления, тактовым генератором, делителем частоты и блоком обнуления, причем блок обнуления электрически соединен своим входом с тактовым генератором и электрически соединен своими двумя выходами со входом регистра сдвига заземления и входом регистра сдвига управления соответственно.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый ленточный электрод заземления и управления имеет, по крайне мере, раздвоенную структуру, причем элементы раздвоенной структуры соединены электрически между собой.

3. Спеклоподавитель лазерного излучения, содержащий модулятор и устройство управления, причем модулятор содержит нанесенные на первую прозрачную подложку прозрачный электропроводящий слой, покрытый прозрачным гелеобразным слоем, и систему из i штук параллельных ленточных электродов заземления и управления, расположенных на второй прозрачной подложке в одной плоскости и размещенных с зазором над прозрачным гелеобразным слоем и соединенных электрически с устройством управления, при этом первая прозрачная подложка с прозрачным электропроводящим слоем оптически контактирует с призмой полного внутреннего отражения, причем образующая призмы перпендикулярна ленточным электродам, а устройство управления содержит, по крайней мере, один регистр сдвига заземления и один регистр сдвига управления, электрически соединенные с электродами заземления и электродами управления соответственно, при этом часть электродов заземления и часть электродов управления имеет электрическую связь с блоком обратной связи, при этом блок обратной связи, соединенный n входами с электродами заземления, своим выходом электрически соединен со входом регистра сдвига заземления, причем выход регистра сдвига заземления соединен со входом регистра сдвига управления, причем тактовый генератор устройства управления электрически соединен первым выходом со входами регистра сдвига заземления и регистра сдвига управления, а другой выход соединен со входом делителя частоты, при этом делитель частоты своими двумя выходами соединен с регистром сдвига заземления и регистром сдвига управления соответственно, при этом устройство управления содержит блок источников напряжения, электрически соединенный с регистром сдвига заземления и регистром сдвига управления, с блоком обратной связи заземления, тактовым генератором, делителем частоты и блоком обнуления, причем блок обнуления электрически соединен своим входом с тактовым генератором и электрически соединен своими двумя выходами со входом регистра сдвига заземления и входом регистра сдвига управления соответственно.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что в тактовый генератор введен блок коррекции, меняющий произвольно частоту генерирования тактовых импульсов.