Способ импульсного фокусирования оптического излучения Советский патент 1989 года по МПК G02F1/35 

Изобретение относится к оптике, а именно к средствам управления параметрами оптического излучения.

Цель изобретения - повышение быстродействия фокусирования при одновременном упрощении способа за счет исключения механических перемещений оптических элементов.

На фиг. 1 представлена схема реализации способа; на фиг. 2 и 3 - экспериментальные данные по воздействию их излучения на показатель преломления SFe в видимой области.

Способ осуществляют следующим образом.

Оптическое излучение Ji (1), принадлежащее, например, видимой области спектра, амплитудно-угловыми параметрами которого необходимо управлять, пропускают через кювету 2, заполненную молекулярным газом (SFe, СРзЛ) посредством отражения от ди- хроичного зеркала 3, в качестве которого

может быть использована пластина из Ge, расположенная под углом Брюстера к им- пульсному инфракрасному излучению J2 (4). Как показывают расчеты, при таком расположении зеркала 3 потери на пропускание для пучка 12 составляют величину:

AJs,

-- Ппогл Се 1з, J-z.

где опоглое - коэффициент поглощения материала пластины; Гз- эффективная толщина зеркала

для пучка Ь; J2 - интенсивность инфракрасного

пучка;

ДЛ2 - потери интенсивности пучка. Тогда величина AJ2/J2 при Сз I см не превышает на 10 мкм нескольких процентов (где К,- длина волны).

Коэффициент отражения для Ji в видимой области спектра при косом падении на германиевую пластинку близок к 100%. Давле-U

00

со

4 N3

ние молекулярного газа в кювете 2 поддерживается на уровне (1 -10) торр, выбор величины давления определяется близостью Лт,. к максимуму полосы поглощения молекулярного газа. Блокирование излучения J2 на выходе из кюветы обеспечивается или самим молекулярным газом, или специальным фильтром 5, установленным на выходе из кюветы 2 и изготовленным из материала, прозрачного в видимой области спектра и непрозрачного для Ааг (например, для ле 10 мкм это LiF, CaF2).

Управление пространственным распределением поля Лз в поперечном сечении пучка производится, например, изменением геометрии резонатора (типы зеркал, размер внут- рирезонаторной диафрагмы) источника J2. Изменение динамики возбуждающего поля может быть осуществлено вариацией параметров активной среды источника J2. Так, для источника в области А),,4-10,6 мкм- лазера на углекислом газе, увеличение концентрации N2 в рабочей смеси от 5% до 25% при водит к увеличению длительности импульса J2 от 100 до 500-600 не. Получение импульсов ИК-излучения меньшей длительности (1 -10 не) возможно при использовании других методов, в частности метода синхронизации мод.

Таким образом, возможное изменение длительности фронта нарастания импульса т находится в пределах от до с.

Создав в газовой среде (кювета 2) градиент степени возбуждения, характер которого определяется видом распределения в пучке 12, получают в случае использования гауссова пучка возбуждения J2 J0expX Х( -PRJ) распределение неоднородности п среды, пропорциональное J2.

Фокусирующая способность полученной линзы определяется по формуле:

RJ

FA 2ДпГ

показателя преломлеСпособ импульсного фокусирования оптического излучения, заключающийся в пропускании оптического излучения через среду с заданным пространственно-временным режимом изменения длины оптического пути, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия фокусирования при одновременном упрощении способа за счет исключения механических перемещений оптических элементов, оптическое излучение

где Дп - изменение ния газа; Ј - длина кюветы с газом;

Пример. Величину эффекта изменения п пропускают через молекулярный газ, воз- газа при колебательном возбуждении опре- действуют на газ импульсным оптическим деляют на установке, основной частью ко- излучением на частоте возбуждения коле- торой является интерферометр Маха-Ценде- ра. Эксперименты проводят в интервале плотностей энергии ,1 -1,0 Дж/см2 для „ 12 в диапазоне 9,4-10,6 мкм. Данные о связи An газа и величины Ф при использовании молекулярного газа SFe приведены на фиг. 2. Величина эффекта относительного изменебательных степеней свободы молекул, при этом распределение энергии импульсного оптического излучения выбирают пропорциональным заданному распределению длины оптического пути, а длительность импульса устанавливают исходя из времени фокусирования.

0

5

0

5

0

ния Ап(п-1) составляет 0,5-1,0%-на поглощенный квант излучения J2. Величина эффекта при использовании газа CFaJ аналогична указанной величине для SFe.

Динамику эффекта изменения п среды исследуют посредством изменения вида импульса возбуждения (длительности). Результаты приведены на фиг. 3, где кривые 6 и 7 - осциллограммы короткого и длинного импульсов возбуждения, кривые 8 и 9 - временной ход зависимости An(t) для возбуждения импульсами 6 и 7 соответственно. Расчет показывает, что ход An(t) хорошо и практически безынерционно соответствует динамике изменения запаса колебательной энергии молекул газа, заполняющего кювету 2, т. е. можно четко управлять динамикой изменения An газа, а следовательно, и фокусом оптической системы, с инерционностью не хуже с.

Расчет величины для случая, когда 2 Дж/см2, газ SF6, - 10 торр, м. РДЛФР Rny41c /ew«t4, где вд|Фр 1,22 1/2Кпучка, таким образом 0,1 F«M/F ufp.;l,0, т. е. можно изменять угол индикатрисы пучка Ji примерно в 10 раз относительно дифракционного угла €W.

Возможность перестройки в любом заданном режиме и задания любой длительности фокусирования при практически полной безынерционности перестройки обеспечивают перспективность способа при необходимости передачи энергии оптического излучения на большие расстояния с наименьшими потерями, что достигается уменьшением расходимости пучка, или повышения плотности оптической энергии на выходе системы.

Формула изобретения

Способ импульсного фокусирования оптического излучения, заключающийся в пропускании оптического излучения через среду с заданным пространственно-временным режимом изменения длины оптического пути, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия фокусирования при одновременном упрощении способа за счет исключения механических перемещений оптических элементов, оптическое излучение

пропускают через молекулярный газ, воз- действуют на газ импульсным оптическим излучением на частоте возбуждения коле-

пропускают через молекулярный газ, воз- действуют на газ импульсным оптическим излучением на частоте возбуждения коле-

бательных степеней свободы молекул, при этом распределение энергии импульсного оптического излучения выбирают пропорциональным заданному распределению длины оптического пути, а длительность импульса устанавливают исходя из времени фокусирования.

CM

Tf

CO

oo

cu

5f Sез ни/о

Изобретение относится к оптике, в частности к средствам управления параметрами оптического излучения. Целью изобретения является повышение быстродействия фокусирования при одновременном упрощении способа за счет исключения механических перемещений оптических элементов. Повышение быстродействия достигается за счет пропускания оптического излучения через газообразную среду с заданным пространственно - временным режимом изменения длины оптического пути, задаваемым импульсным оптическим излучением на частоте возбуждения колебательных степеней свободы молекул газа, при этом форму и длительность импульса оптического излучения устанавливают исходя из заданного времени фокусирования и распределения длины оптического пути фокусируемого излучения. 3 ил.

О

ШBOO 1ZQQ t,HC

фиг.З