УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОВМЕЩЕНИЯ НЕСКОЛЬКИХ ЛУЧЕЙ Российский патент 2016 года по МПК G02B26/06 H01S3/00 G01J9/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к устройствам для совмещения нескольких лучей.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Устройство для совмещения когерентных лучей, позволяющее получить высокоинтенсивный выходной сигнал лазера за счет совмещения группы лазерных лучей, раскрыто в патентном документе 1 (US 7,884,997 В2) и в патентном документе 2 (JP 2005-294409 А).

В патентном документе 1 для детектирования сдвига фаз в группе лазерных лучей применяется «способ гетеродинирования». В частности, основной лазерный луч, испускаемый задающим генератором, делится на опорный лазерный луч и группу лазерных лучей. Частота опорного лазерного луча подвергается сдвигу оптическим устройством сдвига частоты. Сложение опорного лазерного луча после сдвига частоты с каждым из упомянутой группы лазерных лучей формирует сигнал биения. На основе регистрации сигнала биения определяют разность фаз в группе лазерных лучей.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Поскольку в способе гетеродинирования света, опорный лазерный луч и лазерный луч должны отличаться друг от друга по частоте, необходимо устройство сдвига частоты, как указывалось выше. Однако это ведет к усложнению всего устройства в целом и повышению стоимости его изготовления.

Одна из задач настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать устройство для совмещения нескольких лучей, которое, имея простую конфигурацию, может регулировать фазу каждого луча из группы лазерных лучей.

В одном из аспектов настоящего изобретения предложено устройство для совмещения нескольких лучей. Устройство для совмещения нескольких лучей включает в себя секцию сдвига фаз, секцию наложения, секцию регистрации и секцию регулирования фазы. Секция сдвига фаз формирует группу лазерных лучей со сдвигом фаз, выполняя сдвиг фаз каждого из группы лазерных лучей. Секция наложения формирует группу лазерных лучей, полученных наложением, выполняя наложение каждого луча из группы лазерных лучей со сдвигом фаз и опорного лазерного луча. Секция регистрации формирует данные интерференционной картины для пространственной интерференционной картины, возникающей, когда секция регистрации выполняет регистрацию каждого луча из группы полученных наложением лазерных лучей. Секция регулирования фазы осуществляет регулирование сдвига фаз на основе обратной связи в секции сдвига фаз на основе данных интерференционной картины, полученных относительно группы лазерных лучей, полученных наложением, и, таким образом, приводит группу лазерных лучей со сдвигом фаз в требуемые состояния.

Секция регистрации может включать в себя группу блоков регистрации, расположенных соответственно для осуществления регистрации группы полученных наложением лазерных лучей. Кроме того, каждый блок из группы блоков регистрации может включать в себя группу датчиков, которые регистрируют интенсивности соответствующих лучей, полученных наложением, в группе положений регистрации. В этом случае каждый из элементов данных интерференционной картины содержит значения интенсивности, регистрируемые в группе положений регистрации.

Параметр интерференционной картины определяется на основе интенсивности, регистрируемой в каждом положении из группы положений регистрации. В этом случае секция регулирования фазы может осуществлять регулирование на основе обратной связи для сдвига фаз в секции сдвига фаз так, чтобы параметр интерференционной картины каждого луча из группы полученных наложением лазерных лучей совпадал с заданным значением.

Количество датчиков может быть равно двум. Два датчика соответственно регистрируют интенсивность в двух положениях регистрации. В этом случае параметр интерференционной картины зависит от соотношения значений интенсивности в двух положениях регистрации, от наклона между значениями интенсивности или от их разности.

Секция регулирования фазы может осуществлять регулирование сдвига фаз на основе обратной связи в секции сдвига фаз так, чтобы значения интенсивности в двух положениях регистрации были равны друг другу или заданному значению.

Кроме того, устройство для совмещения нескольких лучей согласно настоящему изобретению может включать в себя секцию усиления луча, которая усиливает каждый луч из группы лазерных лучей со сдвигом фаз.

Кроме того, устройство для совмещения нескольких лучей согласно настоящему изобретению может дополнительно включать в себя лазерный генератор, формирующий основной лазерный луч, и секцию расщепления луча, которая расщепляет основной лазерный луч на группу лазерных лучей и опорный лазерный луч.

В устройстве для совмещения нескольких лучей согласно настоящему изобретению опорный лазерный луч, сформированный секцией расщепления луча, может достичь секции наложения не проходя через устройство сдвига частоты.

Согласно настоящему изобретению устройство для совмещения нескольких лучей, выполненное с возможностью регулирования фазы каждого луча из группы лазерных лучей, может быть выполнено в простой конфигурации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 представлена блок-схема, изображающая пример конфигурации устройства для совмещения нескольких лучей согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг.2 представлена блок-схема, изображающая другой пример конфигурации устройства для совмещения нескольких лучей согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.3 представлена диаграмма, схематически изображающая наложение опорного лазерного луча и другого лазерного луча.

На фиг.4 представлена диаграмма, схематически изображающая интерференционную картину при регистрации полученного наложением лазерного луча.

На фиг.5 представлена диаграмма, изображающая сдвиг интерференционной картины при изменении фазы.

На фиг.6 представлен график, показывающий распределение интенсивности полученного наложением лазерного луча по оси X.

На фиг.7 представлена блок-схема, изображающая пример конфигурации секции регистрации согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.8 представлен график, поясняющий регулирование фазы в варианте осуществления настоящего изобретения.

На фиг.9 представлена диаграмма, изображающая пример конфигурации секции регистрации и секции регулирования фазы в варианте осуществления настоящего изобретения.

На фиг.10 представлен график, поясняющий регулирование фазы в варианте осуществления настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 представлена блок-схема, изображающая пример конфигурации устройства 1 для совмещения нескольких лучей согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Устройство 1 для совмещения нескольких лучей содержит лазерный генератор 10, секцию 20 расщепления луча, секцию 30 расширения луча, секцию 50 сдвига фаз, секцию 60 усиления луча, секцию 70 наложения, секцию 80 регистрации и секцию 90 регулирования фазы.

Лазерный генератор 10 работает в качестве задающего генератора, который формирует и испускает основной лазерный луч Ва.

Секция 20 расщепления луча принимает основной лазерный луч Ва от лазерного генератора 10 и расщепляет основной лазерный луч Ва на опорный лазерный луч Br и группу целевых лазерных лучей Вb. Например, как показано на фиг.1, секция 20 расщепления луча включает в себя расщепители 21, 22 и 23 и зеркало 24. Расщепитель 21 расщепляет основной лазерный луч Ва на два лазерных луча: один из них является опорным лазерным лучом Br, а другой лазерный луч падает на расщепитель 22. Расщепитель 22 расщепляет лазерный луч, принятый от расщепителя 21, на два лазерных луча: один из них является целевым лазерным лучом Bb-1, a другой падает на расщепитель 23. Расщепитель 23 расщепляет лазерный луч, полученный от расщепителя 23, на два лазерных луча: один является целевым лазерным лучом Bb-2, а другой падает на зеркало 24. Лазерный луч, отражаемый зеркалом 24, является целевым лазерным лучом Bb-3. Отметим, что в данном примере из основного лазерного луча формируются три целевых лазерных луча Bb-1-Bb-3, однако количество лазерных лучей не ограничено тремя. Кроме того, для расщепления луча может использоваться оптоволокно.

Секция 30 расширения луча принимает опорный лазерный луч Br, выпускаемый секцией 20 расщепления луча, и расширяет размеры луча для опорного лазерного луча Br. В частности, секция 30 расширения луча включает в себя зеркало 31 и расширитель 32 луча. Опорный лазерный луч Br отражается зеркалом 31 и падает на расширитель 32 луча. Расширитель 32 луча расширяет размеры луча для опорного лазерного луча Br. Опорный лазерный луч Br после расширения размеров луча поступает в следующую далее секцию 70 наложения (расщепитель 71). Желательно, чтобы опорный лазерный луч Br после расширения размера луча представлял собой плоскую волну.

В одном из примеров целевые лазерные лучи Bb-1, Bb-2 и Bb-3, выпускаемые секцией 20 расщепления луча, отражаются соответственно зеркалами 40-1, 40-2 и 40-3 и падают на секцию 50 сдвига фаз. В другом примере целевые лазерные лучи Bb-1, Bb-2 и Bb-3 падают на секцию 50 сдвига фаз за счет использования оптоволокон. Кроме того, между секциями 50 сдвига фаз и секцией 20 расщепления луча могут содержаться расширитель луча, оптика для коррекции наведения, оптика для коррекции волнового фронта и т.д.

Секция 50 сдвига фаз принимает группу целевых лазерных лучей Bb-1-Bb-3. Секция 50 сдвига фаз может выполнять сдвиг фаз в каждом из целевых лазерных лучей Bb-1-Bb-33 Например, как показано на фиг.1, секция 50 сдвига фаз включает в себя фазовращатели 51-1-51-3. Так, в качестве каждого фазовращателя 51 может использоваться пьезозеркало (зеркальная система с пьезоактюатором). В другом примере может использоваться фазовращатель пропускного типа. Фазовращатели 51-1, 51-2 и 51-3 расположены так, что они могут соответственно принимать целевые лазерные лучи Bb-1, Bb-2 и Bb-3 и выполнять сдвиг фаз целевых лазерных лучей Bb-1, Bb-2 и Bb-3. При этом можно регулировать величину каждого сдвига фаз во фазовращателях 51-1, 51-2 и 51-3 в ответ на управляющие сигналы CON1, CON2 и CON3. После сдвига фаз целевые лазерные лучи Bb-1, Bb-2 и Bb-3 превращаются соответственно в лазерные лучи Вс-1, Вс-2 и Вс-3 со сдвигом фаз. Другими словами, секция 50 сдвига фаз формирует лазерные лучи Вс-1, Вс-2 и Вс-3 со сдвигом фаз, осуществляя сдвиг фаз в каждом из целевых лазерных лучей Bb-1, Bb-2 и Bb-3. При этом можно регулировать сдвиг фаз в секции 50 сдвига фаз через управляющие сигналы CON1-CON3. Отметим, что эти управляющие сигналы CON1 к CON3 формируются следующей секцией 90 регулирования фазы.

Секция 60 усиления луча принимает лазерные лучи Вс-1-Вс-3 со сдвигом фаз, выпускаемые секцией 50 сдвига фаз, и усиливает каждый из лазерных лучей Вс-1-Вс-3 со сдвигом фаз. Например, как показано на фиг.1, секция 60 усиления луча включает в себя усилители (усилители мощности) 61-1, 61-2 и 61-3. Усилители 61-1, 61-2 и 61-3 усиливают лазерные лучи Вс-1, Вс-2 и Вс-3 со сдвигом фаз соответственно. Лазерные лучи Вс-1, Вс-2 и Вс-3 со сдвигом фаз после усиления поступают в следующую секцию 70 наложения (расщепитель 71). Отметим, что в секции 60 усиления луча могут содержаться расширитель луча, оптика для коррекции наведения, оптика для коррекции волнового фронта и т.д.

Секция 70 наложения принимает опорный лазерный луч Br, выпускаемый секцией 30 расширения луча, а также принимает группу лазерных лучей Вс-1, Вс-2 и Вс-3 со сдвигом фаз, выпускаемых секцией 60 усиления луча. Затем секция 70 наложения формирует группу лазерных лучей Bs-1, Bs-2 и Bs-3, полученных наложением, за счет наложения каждого из группы лазерных лучей Вс-1, Вс-2 и Вс-3 со сдвигом фаз и опорного лазерного луча Br. Например, как показано на фиг.1, секция 70 наложения включает расщепитель 71. Расщепитель 71 делит или расщепляет каждый из лазерных лучей Вс-1, Вс-2 и Вс-3 со сдвигом фаз. Направления распространения лазерных лучей Вс-1, Вс-2 и Вс-3 со сдвигом фаз после расщепления и опорного лазерного луча Br совпадают, при этом эти лучи накладывают друг на друга, чтобы сформировать полученные наложением лазерные лучи Bs-1, Bs-2 и Bs-3.

Отметим, что в этом варианте осуществления на пути луча между секцией 20 расщепления луча и секцией 70 наложения не расположено никаких устройств сдвига частоты (оптических устройств сдвига частоты). Опорный лазерный луч Br, сформированный секцией 20 расщепления луча, достигает секции 70 наложения, не проходя никаких устройств сдвига частоты. Целевые лазерные лучи Bb-1-Bb-3 и лазерные лучи Вс-1-Вс-3 со сдвигом фаз также не проходят никаких устройства сдвига частоты. Поэтому частоты как опорного лазерного луча Br, так и лазерных лучей Вс-1-Вс-3 со сдвигом фаз по существу совпадают друг с другом.

Группа лазерных лучей Bs-1 Bs-3, полученных наложением, поступает в секцию 80 регистрации. Как показано на фиг.2, между секцией 70 наложения и секцией 80 регистрации могут быть расположены расширители 75-1, 75-2 и 75-3 луча. Расширители 75-1, 75-2 и 75-3 луча соответственно расширяют размеры луча полученных наложением лазерных лучей Bs-1, Bs-2 и Bs-3. В этом случае полученные наложением лазерные лучи Bs-1-Bs-3 поступают в секцию 80 регистрации после расширения размеров луча.

В секции 80 регистрации происходит регистрация каждого из полученных наложением лазерных лучей Bs-1-Bs-3. Плоскость регистрации параллельна поверхности волнового фронта опорного лазерного луча Br, который представляет собой плоскую волну.

При этом должна быть учтена интерференция опорного лазерного луча Br и лазерного луча со сдвигом фаз. На фиг.3 представлено наложение опорного лазерного луча Br и лазерного луча Вс со сдвигом фаз. На фиг.4 представлен пример пятна луча от полученного наложением лазерного луча Bs-i (i=1, 2, 3) в плоскости регистрации. В пятне луча фаза опорного лазерного луча Br постоянна, однако фаза лазерного луча Bc-i со сдвигом фаз не всегда постоянна. Поэтому при регистрации полученного наложением лазерного луча Bs-i, являющегося результатом наложения лазерного луча Bc-i со сдвигом фаз и опорного лазерного луча Br, из-за интерференции возникает «пространственная интерференционная картина (интерференционная полоса)», как показано на фиг.4. Направление повторений на интерференционной полосе (направление контраста плотности) обозначается далее «ось X».

На фиг.5 представлен сдвиг интерференционной картины, связанный с изменением фазы. Когда фаза лазерного луча Bc-i со сдвигом фаз изменяется, интерференционная картина в плоскости регистрации смещается по оси Х согласно данному изменению. Другими словами, интерференционная картина в плоскости регистрации может быть смещена по оси Х за счет изменения фазы лазерного луча Bc-i со сдвигом фаз путем регулирования сдвигом фаз с помощью упомянутой выше секции 50 сдвига фаз.

На фиг.6 представлено распределение интенсивности в плоскости регистрации полученного наложением лазерного луча Bs-i по оси X. Горизонтальная ось соответствует положению по оси X, при этом вертикальная ось соответствует интенсивности лазерного излучения. Как показано на фиг.6, по оси Х неоднократно проявляются колебания интенсивности лазерного луча, вызванные интерференцией. В частности, интенсивность лазерного излучения становится максимальной в таком положении на оси X, где лазерный луч Bc-i со сдвигом фаз и опорный лазерный луч Br совпадают по фазе, при этом интенсивность лазерного излучения минимальна в таком положении X, где лазерный луч Bc-i со сдвигом фаз и опорный лазерный луч Br противоположны по фазе. Таким образом, регистрируется пространственное распределение интенсивности, соответствующее интерференционной картине (интерференционной полосе). Когда фаза лазерного луча Bc-i со сдвигом фаз изменяется, распределение интенсивности в плоскости регистрации смещается по оси Х в соответствии с изменением фазы. Распределение интенсивности в плоскости регистрации может быть смещено по оси Х за счет изменения фазы лазерного луча Bc-i со сдвигом фаз путем регулирования сдвигом фаз с помощью упомянутой выше секции 50 сдвига фаз.

Секция 80 регистрации формирует «данные PTNi интерференционной картины» для пространственной интерференционной картины полученного наложением лазерного луча Bs-i путем регистрации полученного наложением лазерного луча Bs-i. Данные PTNi интерференционной картины могут представлять собой любую информацию, которая содержит интерференционную картину. Например, они могут представлять собой данные в виде двухмерного изображения, как показано на фиг.4 и фиг.5, или же могут представлять собой данные распределения интенсивности по оси X, как показано на фиг.6. Отметим, что данные PTNi интерференционной картины формируют отдельно для каждого полученного наложением лазерного луча Bs-i (i=1, 2, 3). Другими словами, секция 80 регистрации формирует данные PTN1, PTN2 и PTN3 интерференционной картины отдельно в результате регистрации каждого из полученных наложением лазерных лучей Bs-1, Bs-2 и Bs-3. Секция 80 регистрации выводит свои данные PTN1, PTN2 и PTN3 интерференционной картины в секцию 90 регулирования фазы.

Секция 90 регулирования фазы получает данные PTN1-PTN3 интерференционной картины. Из данных PTN1-PTN3 интерференционной картины секция 90 регулирования фазы может получать информацию о соотношении между фазами в группе лазерных лучей Вс-1-Вс-3 со сдвигом фаз. Секция 90 регулирования фазы может осуществлять регулирование на основе обратной связи для каждого из фазовращателей 51-1-51-3 в секции 50 сдвига фаз так, чтобы получить требуемое соотношение между фазами. В частности, секция 90 регулирования фазы формирует управляющие сигналы CON1, CON2 и CON3, так что каждый из лазерных лучей Вс-1, Вс-2 и Вс-3 со сдвигом фаз приводится в требуемое состояние, и направляет эти управляющие сигналы CON1, CON2 и CON3 в каждый из фазовращателей 51-1, 51-2 и 51-3. Таким образом, секция 90 регулирования фазы осуществляет регулирование на основе обратной связи для сдвига фаз в секции 50 сдвига фаз на основе данных PTN1, PTN2 и PTN3 интерференционной картины, полученных из лазерных лучей Bs-1, Bs-2 и Bs-3, полученных наложением, и, таким образом, группа лазерных лучей Вс-1, Вс-2 и Вс-3 со сдвигом фаз приводится в требуемые состояния.

Как правило секция 90 регулирования фазы подбирает необходимую картину на основе данных PTN1-PTN3 интерференционной картины так, чтобы лазерные лучи Вс-1-Вс-3 со сдвигом фаз совпадали друг с другом по фазе. За счет совмещения группы лазерных лучей Вс-1-Вс-3 со сдвигом фаз, которые совпадают по фазе, можно получить выходной сигнал лазера чрезвычайно высокой интенсивности.

Ниже описан пример конфигурации секции 80 регистрации и секции 90 регулирования фазы.

Как показано на фиг.7, секция 80 регистрации включает в себя блоки 81-1, 81-2 и 81-3 регистрации. Блоки 81-1, 81-2 и 81-3 регистрации устанавливаются отдельно для регистрации полученных наложением лазерных лучей Bs-1, Bs-2 и Bs-3 по отдельности. Блоки 81-1, 81-2 и 81-3 регистрации формируют данные PTN1, PTN2 и PTN3 интерференционной картины соответственно.

Каждый блок 81-i (i=1, 2, 3) регистрации осуществляет регистрацию интенсивности соответствующего лазерного луча Bs-i, полученного наложением в группе положений регистрации. Для этой цели блок 81-i регистрации включает в себя группу датчиков 82-ij (j=1…n; n является целым числом, равным или превосходящим 2). Например, в качестве датчика 82-ij используется фотодиод. Группа датчиков 82-ij располагается в положениях X, отличающихся друг от друга и размещающихся по оси X. При использовании такой группы датчиков 82-ij появляется возможность измерять с помощью блока 81-i регистрации интенсивность полученного наложением лазерного луча Bs-i в различных положениях на X.

На фиг.8 показано измерение интенсивности полученного наложением лазерного луча Bs-i с помощью группы датчиков 82-ij. Как и на графике на фиг.6, упомянутом в описании выше, горизонтальная ось показывает положение по оси X, а вертикальная ось показывает интенсивность лазерного излучения. Как изображено на фиг.8, датчик 82-ij измеряет интенсивность Aij полученного наложением лазерного луча Bs-i в положении Xij. Другими словами, измеряются значения интенсивности Ai1-Ain полученного наложением лазерного луча Bs-i для группы положений Хi1-Xin. Значения интенсивности Ai1-Ain для такой группы положений Xi1-Xin отражают пространственную интерференционную картину (распределение интенсивности) полученного наложением лазерного луча Bs-i. Поэтому значения интенсивности Ai1-Ain, регистрируемые в группе положений Xi1-Xin, используются как данные PTNi интерференционной картины полученного наложением лазерного луча Bs-i.

Введем параметр Ri интерференционной картины. Параметр Ri интерференционной картины определяется на основе значений интенсивности Ai1-Ain, которые были замерены в группе положений Xi1-Xin и имеет вид Ri=f (Xij, Aij). В простейшем случае используются только два датчика 82-i1 и 82-i2, при этом параметр Ri интерференционной картины определяется на основе интенсивности Ai1 и Ai2 в двух положениях Xi1 и Xi2. Например, параметр Ri интерференционной картины зависит от соотношения значений интенсивности в двух точках: Ri=f1(Ai2/Ai1). Или же параметр Ri интерференционной картины зависит от наклона между двумя точками: Ri=f2((Ai2-Ai1)/(Xi2-Xi1)). Или же параметр Ri интерференционной картины зависит от разности значений интенсивности между двумя точками: Ri=f3(Ai2-Ai1).

Можно сказать, что такой параметр Ri интерференционной картины отражает пространственную интерференционную картину (распределение интенсивности) полученного наложением лазерного луча Bs-i. Когда фаза лазерного луча со сдвигом фаз Bc-i изменяется, параметр Ri интерференционной картины также изменяется соответствующим образом. Иными словами, параметр Ri интерференционной картины может быть изменен путем регулирования сдвига фаз в упомянутой выше секции 50 сдвига фаз для изменения фазы лазерного луча Bc-i со сдвигом фаз.

Секция 90 регулирования фазы может извлекать параметры R1, R2 и R3 интерференционной картины, связанные с полученными наложением лазерными лучами Bs-1, Bs-2 и Bs-3, из данных PTN1, PTN2 и PTN3 интерференционной картины. Из параметров R1, R2 и R3 интерференционной картины секция 90 регулирования фазы может получить соотношение между фазами в группе лазерных лучей Вс-1, Вс-2 и Вс-3 со сдвигом фаз. Таким образом, секция 90 регулирования фазы может осуществлять регулирование на основе обратной связи для фазовращателей 51-1-51-3 в секции 50 сдвига фаз, чтобы получить требуемое соотношение между фазами.

Как правило, секция 90 регулирования фазы осуществляет регулирование на основе обратной связи так, чтобы лазерные лучи Вс-1-Вс-3 со сдвигом фаз совпадали друг с другом по фазе. В частности, устанавливаются заданные значения Rt1, Rt2 и Rt3. Секция 90 регулирования фазы осуществляет регулирование на основе обратной связи для сдвига фаз в секции 50 сдвига фаз так, чтобы параметры интерференционной картины R1, R2 и R3 совпадали с заданными значениями Rt1, Rt2 и Rt3. Другими словами, секция 90 регулирования фазы фиксирует фазу лазерного луча Bc-i со сдвигом фаз на требуемом значении путем регулирования параметра Ri интерференционной картины таким образом, чтобы привести его к заданному значению Rti.

Заданные значения Rt1, Rt2 и Rt3 могут быть предварительно установлены в таких, например, схемах, как регистры. Заданные значения Rt1, Rt2 и Rt3 могут устанавливаться внешним сигналом. Заданные значения Rt1, Rt2 и Rt3 могут быть заданы как общие значения. Заданные значения Rt1, Rt2 и Rt3 могут выбираться из группы величин. Заданные значения Rt1, Rt2 и Rt3 могут быть переменными с возможностью плавного изменения.

Отметим, что датчик 82-ij может быть выполнен с возможностью перемещения по оси X. Путем перемещения датчика 82-ij физически по оси Х можно изменять зафиксированное значение фазы лазерного луча Bc-i со сдвигом фаз. В качестве альтернативы зафиксированное значение можно изменять путем обработки данных интерференционной картины и вывода обработанного результата. Например, путем регулирования внутреннего сопротивления датчика 82 или напряжения смещения и т.д. можно изменять выходное напряжение датчика 82 и за счет этого можно изменять зафиксированное значение.

На фиг.9 представлен пример конфигурации секции 80 регистрации и секции 90 регулирования фазы. Каждый блок 81-i регистрации включает в себя только два датчика 82-i1 и 82-i2 и измеряет два значения интенсивности Аi1 и Ai2 для полученного наложением лазерного луча Bs-i. Другими словами, данные PTNi интерференционной картины представляют собой интенсивность Аi1 и Ai2. Поскольку количество датчиков 82 здесь минимально, конфигурация проста и удобна.

Секция 90 регулирования фазы включает в себя дифференциальный усилитель 91-i, соединенный с блоком 81-i регистрации. Дифференциальный усилитель 91-i формирует управляющий сигнал CONi на основе данных PTNi интерференционной картины. В частности, два сигнала исходят из датчиков 82-i1 и 82-i2 в соответствии с регистрируемыми значениями интенсивности АН и Ai2, при этом данные два сигнала поступают на два входных разъема дифференциального усилителя 91-i. Дифференциальный усилитель 91-i формирует управляющие сигналы CONi так, чтобы разность значений интенсивности Ri=Ai2-Ai1 была равна заданному значению Rti.

Например, заданное значение Rti устанавливается равным 0. Это эквивалентно такому регулированию на основе обратной связи, при котором оба значения интенсивности Ai1 и Ai2 совпадают, как показано на фиг.10. Другими словами, дифференциальный усилитель 91-i осуществляет регулирование на основе обратной связи управляющего сигнала CONi (фазовращатель 51-i) так, чтобы значения интенсивности АН и Ai2 совпадали. Регулирование, показанное на фиг.10, выполняется легко и просто.

Кроме того, при регулировании, выполняемом, как показано на фиг.10, когда значения интенсивности Ai1 и Ai2 совпадают, пик (или впадина) в распределении интенсивности приходится на среднюю точку между положениями Xi1 и Xi2. Благодаря этому оказывается возможным надежное регулирование фазами даже тогда, когда «абсолютные величины пиковой интенсивности» у полученных наложением лазерных лучей Bs-1-Bs-3 оказываются различными.

Отметим, что при этом можно устанавливать среднюю точку между положениями Xi1 и Xi2 на середине расстояния между максимальным значением и минимальным значением в распределении интенсивности путем регулирования положения датчиков или распределения интенсивности. Например, промежуток между положениями Xi1 и Xi2 устанавливают равным половине периода, с которым изменяется картина интенсивности. Таким образом, предпочтительно избрать максимальную чувствительность для изменения распределения интенсивности по отношению к изменению фазы.

Как описано выше, в настоящем варианте осуществления регулирование фазами выполняется на основе «пространственной интерференционной картины». Поскольку, в отличие от традиционного метода, этот способ не сводится к гетеродинированию света, при этом отпадает необходимость в устройстве сдвига частоты. Таким образом, появляется возможность осуществлять регулирование фазами с помощью более простой конфигурации, чем при традиционном методе. Этим обеспечивается снижение стоимости.

Кроме того, путем совмещения группы лазерных лучей Вс-1, Вс-2 и Вс-3 со сдвигом фаз после усиления можно получить высокоинтенсивный выходной сигнал лазера. Кроме того, в качестве примера когерентного совмещения может быть рассмотрена ситуация, когда с помощью регулирования исключают или устраняют сдвиг фаз среди лазерных лучей Вс-1, Вс-2 и Вс-3 со сдвигом фаз на этапе их испускания. Настоящий вариант осуществления может быть применен к устройству для когерентного совмещения лучей и к мощной лазерной системе.

Варианты выполнения настоящего изобретения описаны со ссылками на прилагаемые чертежи. Однако настоящее изобретение не ограничивается приведенными выше вариантами осуществления и может быть должным образом модифицировано специалистом в области техники в пределах объема правовой охраны, определенной признаками настоящего изобретения

Настоящая заявка притязает на приоритет патентной заявки Японии №JP 2012-009972, поданной 20 января 2012 года. Раскрытие данной патентной заявки включено в настоящий документ посредством ссылки.

Устройство для совмещения нескольких лучей включает в себя: секцию сдвига фаз, секцию наложения, секцию регистрации и секцию регулирования фазы. Секция сдвига фаз формирует группу лазерных лучей со сдвигом фаз за счет выполнения сдвига фаз для каждого луча из группы лазерных лучей. Секция наложения формирует группу лазерных лучей, полученных наложением, за счет выполнения наложения опорного лазерного луча и каждого луча из группы лазерных лучей со сдвигом фаз. Секция регистрации формирует данные интерференционной картины для пространственной интерференционной картины, которая появляется при регистрации каждого луча из группы лазерных лучей, полученных наложением. Секция регулирования фазы выполняет регулирование сдвига фаз на основе обратной связи в указанной секции сдвига фаз на основе данных интерференционной картины, полученных от каждого луча из группы лазерных лучей, полученных наложением, и приведения группы лазерных лучей со сдвигом фаз в требуемые состояния. Технический результат заключается в упрощении конструкции. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для совмещения нескольких лучей, включающее в себя:
секцию сдвига фаз, конфигурированную для формирования группы лазерных лучей со сдвигом фаз за счет выполнения сдвига фаз для каждого луча из группы лазерных лучей;
секцию наложения, конфигурированную для формирования группы лазерных лучей, полученных наложением, за счет выполнения наложения опорного лазерного луча с каждым лучом из группы лазерных лучей со сдвигом фаз;
секцию регистрации, конфигурированную для формирования данных интерференционной картины для пространственной интерференционной картины при регистрации каждого луча из группы лазерных лучей, полученных наложением; и
секцию регулирования фазы, конфигурированную для выполнения регулирования сдвига фаз на основе обратной связи в указанной секции сдвига фаз на основе данных интерференционной картины, полученных от каждого луча из группы лазерных лучей, полученных наложением, и приведения каждого луча из группы лазерных лучей со сдвигом фаз в требуемое состояние,
при этом указанная секция регистрации включает в себя группу блоков регистрации, расположенных соответственно для регистрации группы лазерных лучей, полученных наложением,
причем каждый блок из указанной группы блоков регистрации включает в себя группу датчиков, конфигурированных для регистрации интенсивности соответствующего луча из группы полученных наложением лазерных лучей в группе положений регистрации,
причем данные интерференционной картины содержат интенсивность, регистрируемую в каждом положении из группы положений регистрации.

2. Устройство по п. 1, в котором на основе интенсивности, регистрируемой в каждом положении из группы положений регистрации, определяют параметр интерференционной картины,
причем указанная секция регулирования фазы выполнена с возможностью выполнения регулирования сдвига фаз на основе обратной связи в указанной секции сдвига фаз так, чтобы параметр интерференционной картины каждого луча из группы лазерных лучей, полученных наложением, совпадал с заданным значением.

3. Устройство по п. 2, в котором указанная группа датчиков представляет собой два датчика,
причем указанные два датчика регистрируют интенсивность соответствующего лазерного луча, полученного наложением, в двух положениях регистрации,
при этом параметр интерференционной картины зависит от соотношения двух регистрируемых значений интенсивности, наклона между двумя регистрируемыми значениями интенсивности или разности между двумя регистрируемыми значениями интенсивности.

4. Устройство по п. 3, в котором указанная секция регулирования фазы осуществляет регулирование на основе обратной связи так, чтобы два регистрируемых значения интенсивности в двух положениях регистрации были равны друг другу или равны предварительно заданным значениям.

5. Устройство по любому из пп. 1-4, дополнительно включающее в себя:
секцию усиления луча, конфигурированную для усиления каждого луча из группы лазерных лучей со сдвигом фаз.

6. Устройство по любому из пп. 1-4, дополнительно включающее в себя:
лазерный генератор, конфигурированный для формирования основного лазерного луча; и
секцию расщепления луча, конфигурированную для расщепления основного лазерного луча на группу лазерных лучей и опорный лазерный луч.

7. Устройство по п. 6, в котором опорный лазерный луч, сформированный секцией расщепления луча, достигает указанной секции наложения без прохождения через устройство сдвига частоты.