Способ юстировки внеосевого параболического зеркала. Российский патент 2024 года по МПК G02B7/182 G02B5/10 

Изобретение относится к способам юстировки оптических систем и может быть использовано для упрощения процесса юстировки оптического тракта в лазерных системах, содержащих внеосевое параболическое зеркало, например, в источнике широкополосного излучения на непрерывном оптическом разряде. При недостаточно точной юстировке внеосевого параболического зеркала, например, (Parabolic Mirror 50328AU, https://www.newport.com/p/50328AU), возникают искажения волнового фронта отраженного от него луча, астигматизм в фокусе, и, следовательно, снижение интенсивности излучения в фокальной плоскости и расширение фокального пятна. Описана возможность создания стабильной слабо светящейся плазмы, существующей непосредственно в фокусе лазерного луча, описанная в статье (Lavrentyev S. Yu., Solovyov N. G., Shemyakin A. N., Yakimov M. Yu. Gasdynamic effects in optical discharges produced by periodic pulse femtosecond laser // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. 1250 012027, doi:10.1088/1742-6596/1250/1/012027). Такая плазма существует за счет многофотонной ионизации газа в фокусе лазерного луча. Для ее инициации необходимо импульсно-периодическое лазерное излучение с мощностью в импульсе, достаточной для многофотонной ионизации воздуха в перетяжке фокуса. Данное явление можно использовать для устранения аберраций оптических систем, наблюдая конфигурацию зоны многофотонной ионизации в фокусе системы. В частности, такое применение актуально для устранения астигматизма внеосевого параболического зеркала, так как в процессе юстировки (в процессе перехода от несъюстированного астигматического фокуса к настройке без астигматизма) зоны многофотонной ионизации в астигматических фокусах сближаются друг с другом. Использование внеосевого параболического зеркала вместо линз в лазерных источниках или источниках широкополосного излучения имеет ряд преимуществ, главными из которых являются полное отсутствие сферической аберрации и дисперсии, что позволяет после юстировки зеркала сменить длину волны в системе без повторной юстировки. Сложностью применения внеосевого параболического зеркала является возникновение астигматизма в фокусе при отклонении угла установки зеркала от положения, при котором коллимированный лазерный луч параллелен его оптической оси. Целью данного патента является преодоление этого недостатка.

Известен способ юстировки параболических поверхностей, принятый за аналог (Понин О.В., Селиверстова Ю.О., Шаров А.А. Особенности юстировки внеосевого телескопа типа Мерсенна // Контенант. 2016. №1. С. 82-86) на примере внеосевого двухзеркального объектива, заключающийся в том, что анализируют отраженное от вогнутого внеосевого параболического зеркала и сфокусированное на микроскопе изображение точечного тест-объекта. Такой метод обладает простотой реализации, но подходит для юстировки всей системы как объектива в видимом диапазоне длин волн, и не позволяет съюстировать лазерную оптическую систему за пределами видимого диапазона длин волн.

Известен способ юстировки внеосевого параболического зеркала по параметру М², принятый за прототип (Orlenko E. A., Cherezova T. Yu., Sheldakova Yu. V., Rukosuev A. L., Kudryashov A. V. Off-axis parabolic mirrors: A method of adjusting them and of measuring and correcting their aberrations // Journal of Optical Technology. 2005. V. 72. № 4. P. 306-312. https://doi.org/10.1364/JOT.72.000306). Он основан на следующем принципе. В случае разъюстированного внеосевого параболического зеркала значение параметра М² у отраженного от зеркала луча больше, чем значение М² у луча, отраженного от правильно съюстированного зеркала. В работе представлена ​​зависимость параметра М² от угла поворота внеосевого параболического зеркала. Когда поверхность внеосевого параболического зеркала перпендикулярна оптической оси, оптимальный угол для правильной регулировки внеосевого параболического зеркала соответствует минимальному значению М². Известный способ позволяет осуществить юстировку внеосевого параболического зеркала по параметру M².

Недостатком известного способа является необходимость использования сложного оборудования для измерения M².

Заявляемый способ юстировки внеосевого параболического зеркала направлен на упрощение процесса юстировки, добиваясь совмещения зон многофотонной ионизации, контролируемых наблюдателем без использования дополнительного измерительного оборудования.

Указанный результат достигается тем, что используют фокусировку коллимированного лазерного излучения внеосевым параболическим зеркалом, юстируемым изменением угла наклона по горизонтальной и вертикальной осям, при этом применяют импульсное лазерное излучение с мощностью в импульсе, достаточной для многофотонной ионизации воздуха, образуют зоны многофотонной ионизации в астигматических фокусах внеосевого параболического зеркала, и, наблюдая зоны многофотонной ионизации, юстируют внеосевое параболическое зеркало, добиваясь совмещения зон многофотонной ионизации.

Сущность заявляемого изобретения поясняется примерами его реализации и графическими материалами. На фиг. 1 представлено схематичное изображение реализации заявляемого способа. На фиг. 2 представлено увеличенное схематичное изображение хода луча в перетяжке фокуса в случае разъюстированного внеосевого параболического зеркала с двумя зонами многофотонной ионизации в сагиттальном и меридиональном астигматических фокусах (a) и увеличенное схематичное изображение хода луча в перетяжке фокуса в случае правильно съюстированного внеосевого параболического зеркала с одной зоной многофотонной ионизации в фокусе (b).

Изобретение работает следующим образом. Коллимированное (параллельное) импульсно-периодическое лазерное излучение 1 лазера 2 с мощностью в импульсе, достаточной для многофотонной ионизации воздуха в перетяжке фокуса, направляют на внеосевое параболическое зеркало 3 параллельно его оси с точностью 5 градусов методами, известными из уровня техники. При этом наблюдают зону многофотонной ионизации 6, конфигурация которой зависит от того, как съюстировано внеосевое параболическое зеркало 3. Внеосевое параболическое зеркало 3 регулируют двумя юстировочными винтами 4 и 5 для юстировки угла поворота зеркала по горизонтальной и вертикальной осям. Сначала, когда внеосевое параболическое зеркало 3 не съюстировано, наблюдают две зоны многофотонной ионизации (фиг. 2 a). Для зеркал с малыми фокусными расстояниями используют известное из уровня техники стандартное увеличительное стекло. Затем поочередно вращают юстировочные винты регулировки угла наклона по горизонтальной оси 4 и вертикальной оси 5 в том направлении, при вращении в котором две зоны многофотонной ионизации в астигматических фокусах сближаются друг с другом. Поочередное вращение винтов осуществляют до тех пор, пока зоны многофотонной ионизации, существующие в двух астигматических фокусах (фиг. 2 a) не объединят в одну зону многофотонной ионизации, существующую в одном фокусе без астигматизма (фиг. 2 b), что и означает то, что внеосевое параболическое зеркало 3 съюстировано.

Визуальный контроль сближения зон многофотонной ионизации воздуха в астигматических фокусах позволяет точно съюстировать внеосевое параболическое зеркало.

Изобретение относится к способам юстировки оптических систем, содержащих внеосевые параболические зеркала, и может быть использовано в лазерных оптических системах. Способ юстировки внеосевого параболического зеркала, заключающийся в фокусировке коллимированного лазерного излучения внеосевым параболическим зеркалом, юстируемым изменением угла наклона по горизонтальной и вертикальной осям. При этом используют импульсное лазерное излучение с мощностью в импульсе, достаточной для многофотонной ионизации воздуха, образуют зоны многофотонной ионизации в астигматических фокусах внеосевого параболического зеркала и, наблюдая зоны многофотонной ионизации, юстируют внеосевое параболическое зеркало, добиваясь совмещения зон многофотонной ионизации. Технический результат заключается в упрощении процесса юстировки. 2 ил.

Способ юстировки внеосевого параболического зеркала, заключающийся в фокусировке коллимированного лазерного излучения внеосевым параболическим зеркалом, юстируемым изменением угла наклона по горизонтальной и вертикальной осям, отличающийся тем, что, используя импульсное лазерное излучение с мощностью в импульсе, достаточной для многофотонной ионизации воздуха, образуют зоны многофотонной ионизации в астигматических фокусах внеосевого параболического зеркала и, наблюдая зоны многофотонной ионизации, юстируют внеосевое параболическое зеркало, добиваясь совмещения зон многофотонной ионизации.