Устройство для передачи и фокусировки пучка электромагнитного излучения Советский патент 1988 года по МПК G02B27/40 G01J1/58 

4 N5

СО

о

со

Изобретение относится к оптике, в особенности к устройствам для передачи и фокусировки излучения субмиллиметрового диапазона, и позволяет стабилизировать размеры и форму фокального пятна независимо от изменений свойств первичного падающего пучка. Устройство содержит по- льй диэлектрический волновод 1 и фокусирующий элемент 2, расположенные на одной оптической оси. Выполнение математических соотношений, указанных в тексте формулы, обеспечивает работу диэлектрического волновода как фильтра его распространя- кяцейся моды, имеющий близкий к плоскому фазовый фронт. Это в свою очередь дает возможность получить хорошо сфокусированное пятно в плоскости фокусировки 3, которое может быть сдвинуто вдоль оптической оси путем перемещения фокусирующего элемента 2. 3 ил. а (Л с

Ф//.7

i Изобретение о,тносиуся к устройст иам, осуществляющим передачу, фокусировку пучков электромагнитного излучения, и может быть использовано, например, в системах иитерферомет- )рической диагностики плазмы термоядерных установоко

Цепь изобретения - стабилизация размеров и формы фокального пятна и обеспечение возможности его осевого передвижения

На фиГо1 приведено устройство. Общий вид; на фиг„2 - распределе- I кие интенсивности поля в фокальном Iпятне; на фиг.З - экспериментальная I зависимость, связьюающая расстояние i от фокусирующего элемента до волновода и от фокусирующего элемента до фокальной плоскости.

Устройство содержит полый диэлектрический волновод 1 и фокусирующий элемент 2, расположенные на одной оптической осио За фокусирующим элементом 2 находятся плоскость 3 фокусировки

Устройство работает следующим образом.

Пучок электромагнитного излучения возбуждает волновод 1 с внутренним диаметром d и длиной L, выполненной в виде фильтра его распространяющейся моды, имеющей близкий к плоскому фазовый фронт„ Радиальное распределение поля этой моды приближенно описывается функцией Бесселя первог рода нулевого порядка 1о(4,81 r/d), где г - цилиндрическая координата полого канала волновода, o r4d/2.

Формирование амплитудного распре деления указанного вида происходит тогда, когда диаметр полого канала значительно превосходит длину волны излучения Практически необходимо условие

. , 10,

Фильтром указанный моды полый диэлектрический волновод становится за счет прис ущего ему свойства само фильтрации, которое проявляется, когда длина волновода L и его диаметр d удовлетворяют условию

1 7ч Г °

ЦДЬ

Это связано с тем, что величина

.г- а: является параметром Фре4ЛЬ

неля пучка Излучения, распространяющегося в волноводе При N 1 становится существенной расходимость этого пучка и реализуется волноведущий эффект полого канала. Конструктивные параметры волновода характеризуются соотношением

10

, 2

L

Пучок излучения с указанным исходным распределением, на расстояниях 1, удовлетворяющих соотношению

,8 d (D-d),

где D - диаметр апертуры фокусирующего элемента, приобретает распределение поля, близкое к кривой Гаусса и при взаимодействии с фокусирующим элементом 2 в случае 1 (f - .фокусное расстояние фокусирующего элемента) образует в плоскости

3 сфокусированное пятно высокого оптического качества независимо от ка- чества и стабильности исходного пуч ка Изменяя расстояние 1 путем перемещения волновода вдоль оси или

изменения его длины (например, при помощи калиброванных отрезков волновода) , изменяют местоположение плоскости фокусировки приближенно в соответствии с соотношением

В

f 1-f

(),

где В - расстояние от фокусирующего элемента до плоскости фокусировкио

На и 3 приведены результаты экспериментальной проверки работоспособности устройства Источником излзгчения служил СН ОН-лазер (X

0,1188 мм) с накачкой пучком COjt. лазера Полый диэлектрический волновод вьшолнен из стекла с диаметром канала 6,2 мм и длиной 0,1-0,6 м, Фокусирующий элемент представляет собой сферическое зеркало с радиусом кривизны 0,77 м

Эксперимент состоял в сканировании при помощи электропривода пиро- приемника, закрепленного в координатном устройстве, в поперечной к направлению распространения пучка плоскости и записи самописцем распределения интенсивности излучения. При этом в указанньсх пределах изменялась длина полого диэлектрического волновода, что приводило к изменению 1 и b в интервалах 0,86 - 1,36 и 0,7 - 0,525 м соответственно.

На фиг.2 приведены практически идентичные распределения интенсивности поля в фокальных пятнах, соответствующие крайним точкам интервала изменения f : 1 при Ь 0,525 м и 2 при b 0,7 Мо

ч Формула изобретения

Устройство для передачи и фокусировки пучка электромагнитного излучения, содержащее соосно расположенные фокусирующий элемент и полый диэлектрический волновод, отличающееся тем, что, с целью стабилизации размеров и формы фокального пятна и обеспечения возV/max I 1.0

10 О 10 t,M fpu,Z.2

можности его осевого передвижения, диэлектрический волновод имеет длину L и диаметр полого канала d, выбираемые из условия

10

d .,,,Г1Г С -Т- 2 i-r- ,

где Л длина волны излучения, и расположен по ходу пучка перед фокусирующим элементом соосно с ним на расстоянии 1, которое удовлетворяет условиям

d 6Л1 1,8 d (D-d) и

,

где D .- диаметр апертуры фокусирующего элемента;

f - фокусное расстояние фокусирующего элемента.

4 7 0.5 0.5

0,9 1.0 1,1 1.2 /,J / l,H PU2.5