Дифракционный преобразователь для формирования светового пучка в виде прямой линии Советский патент 1989 года по МПК G02B27/42 

Х//

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в системах преобразования оптических сигналов, обработки информации и т.п.

Цель изобретения - увеличение углового спектра формируемой линии при сохранении ее прямолинейности и равномерности распределения световой Q энергии вдоль контура.

На чертеже представлена схема работы преобразователя.

Дифракционный преобразователь 1 вы- полнен в виде апериодической дифрак- .ционной структуры, пространственная частота которой изменяется вдоль заданного направления формируемой линии по закону:

20

аХ

+k2 a«X2(1)

где а - параметр, определяющий масш- таб структуры дифракционного преобразователя; X - пространственная координата в плоскости дафракционного преобразователя вдоль заданного направления формируемой линии;

X - длина волны светового пучка; k - номер рабочего дифракционного порядка.

Дифракционный преобразователь ра- ботает следующим образом.

На дифракционньй преобразователь 1 ортогонально его плоскости падает ко17ерентный световой пучок с длиной волны J , имеющий равномерное распре- деление интенсивности по сечению. В результате дифракции световой пучок отклоняется на угол 0 , который определяется известным соотношением;

б arc sin kO , (2) где k - номер рабочего дифракционного

порядка. .

Выделение единственного рабочего дифракционного порядка может быть осуществлено либо применением фазовой дифракционной структуры (прямоугольные ступеньки, эшеллет), имеющей один порядок дифракции, либо экранированием нерабочих порядков. С учетом выражения (1) угол дифракции

arc sin

К-А аХ

4l+k A a2X2

(3)

Из этого выражения следует, что угол дифракции различен для различных .участков дифракционного преобразователя 1. Формирование линии в плоскости 2 наблюдения происходит за счет непрерывного изменения угла дифракции вдоль направления ОХ, что является следствием плавного изменения пространственной частоты дифракционного преобразователя. Если штрихи дифракционного преобразователя вьшолнены прямолинейными (т.е. дифракционный преобразователь является одномерным) то формируемая линия представляет собой прямую, ортогональную штрихам дифракционного преобразователя и проходящую через оптическую ось системы Ее длина в К-м дифракционном порядке определяется соотнощением:

1 Z tgG . k Za9 d, (4) где Z - расстояние от дифракционного преобразователя 1 до плоско- I сти наблюдения 2.

Формируемую линию можно также наблюдать в фокальной плоскости линзы тогда Z должно равняться ее фокусному расстоянию.

Из выражения (4) следует, что длина формируемой линии линейно зависит от размера освещаемого участка дифракционного преобразователя d. Следова- т.ельно, одинаковые по величине вдоль направления ОХ участки дифракционного преобразователя формируют отрезки линии одинаковой длины, что обеспечивает равномерность распределения световой энергии вдоль контура формируемой линии.

Одномерный дифракционный преобразователь формирует световую линию, проходящую через оптическую ось. Дпя ее смещения в плоскости, ортогональной оптической оси, дифракционный преобразователь может быть выполнен аксиально-симметричным. Его дифрак- :ционная структура выполнена в виде штрихов, имеющих форму концентри- ескик окружностей, при этом пространственная частота С) изменяется от центра симметрии к краям по закону, характер ному, и для одномерного дУт- фракционного преобразователя, что формально вьфажается в замене в выражении (1) декартовой координаты X на полярный радиус г. Смещение формируемой линии Pg относительно оптиче ской оси при заданном сдвиге.центра симметрии Го определяется соотношением

KZa X r,

1522039

направления формируемой линии по закону:

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в системах преобразования оптических сигналов, обработки информации и т.п. для формирования пучка в виде прямой линии с широким угловым спектром при сохранении ее прямолинейности и равномерности распределения световой энергии вдоль контура. Дифракционный преобразователь 1 выполнен в виде апериодической дифракционной структуры, пространственная частота ν которой изменяется вдоль заданного направления формируемой линии по закону ν=AX/√1+K²λ²A²X², где A - параметр, определяющий масштаб структуры дифракционного преобразователя

X - пространственная координата в плоскости преобразователя вдоль заданного направления формируемой линии

K - номер рабочего дифракционного порядка

ν - длина волны светового пучка. Формирование линии в плоскости 2 наблюдения происходит за счет непрерывного изменения угла Θ дифракции вдоль направления OX, что является следствием плавного изменения ν. 1 ил.

Формула изобретения

Дифракционный преобразователь для формирования светового пучка в виде прямой линии, выполненный в виде апе- риодичеСкой дифракционной структуры, отличающийся тем, что, с целью увеличения углового спектра формируемой линии при сохранении ее прямолинейности и равномерности распределения световой энергии вдоль контура, пространственная частота структуры дифракционного преобразователя S изменяется вдоль заданного

аХ

ф + Х

где а -параметр, определяюп ий масштаб структуры Д1« ракционого преобразователя; X - пространственная координата в плоскости дифракционного преобразователя вдоль зйдан- мого направления формируемой линии;

К - длина волны светового пучка; k - номер рабочего дифракционного порядка.