Способ синтеза лазерного пучка Советский патент 1991 года по МПК G02B27/48 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и лазерной технике и предназначено для использования в системах оптической обработки информации.

Цель изобретения - повышение степени усреднения распределения интенсивности в синтезируемом пучке путем уменьшения влияния распределения ии- .тенсивности в исходном пучке.

На чертеже приведена оптическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

В матрице изображена структура статистического фазового преобразователя, содержащего пять каналов модуляции и рассчитанного для формирования усредненного равномерного распределения интенсивности. Эти канаты

&.

условно разбиты на 100 участков, участки имеют форму квадратов, цифры

.в которых указывают номер канала, к которому данный участок относится.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и лазерной технике и предназначено для использования в системах обработки информации Способ синтеза лазерного пучка с симметричным относительно оптической оси усредненным распределением интенсивности по сечению заключается в разбиении волнового фронта исходного лазерного пучка на несколько каналов, его статистической фазовой модуляции в пределах каждого канала ансамблем идентичных рассенпатете4, размеры которых одинаковы в пределах каждого капала и отличаются от канала к каналу, и сложении дифракционных полей от всех каналов в дапьней зоне. При этом каждый канал модуляции разбгпают на несколько участков, размеры когорпх не превышают характерных размеров неодно-- родностей в распределении интенсивности по сечению исходного лазерного пучка, а участки всех канапов размещают по апертуре этого пучка случайным образом. Благодаря реализации способа повышается степень усреднения распределения интенсивности в синтези- -3 руемом пучке путем уменьшения влияния распределения интенсивности в исходном пучке. 1 ил. |«ЖВЖЕ %яюо

Способ синтеза лазерного пучка с симметричным относительно оптической оси усредненным распределением интенсивности по сечению заключается в раз- биении волнового фронта исходного лазерного пучка на несколько каналов, его статистической фазовой модуляции в пределах каждого канала ансамблем идентичных рассеивателей, размеры ко- торьгх одинаковы в пределах каждого канала и отличаются от канала к каналу, и сложении дифракционных полей от всех каналов в дальней зоне. При этом каждый канал модуляции разбивают на несколько участков, размеры которых не превышают характерных размеров не- однородностей в распределении интенсивности по сечению исходного лазер- ного пучка, а участки всех каналов размещают в апертуре этого пучка случайным образом.

Сущность способа заключается в следующем.

Сечение исходного лазерного пучка

разбивают на несколько каналов и в пределах каждого канала его волновой

фронт статистически модулируют по фа яе ансамблем рассеивателей. В пределах каждого канала рассеиватели должны быть идентичными и их средняя плотность по сечению постоянна; между собой каналы отличаются относительными площадями, размерами рассеивателей и плотностью их упаковки. Каждый канал формирует в дальней зоне дифракционно поле, определяемое формой и размерами рассеивателей в этом канале; удельная интенсивность этого дифракционного поля определяется относительной площадью данного канала. Требуемое распределение интенсивности в дальней зоне синтезируется при сложении дифракционных полей от всех каналов, на которые разбита апертура исходного лазерного пучка, путем варьирования относительными площадями каналов и размерами рассеивателей, определяющих масштаб дийжракционных картин. Влияни неоднородностей в распределении интенсивности в исходном пучке уменьшается тем, что каждый канал дополнительно разбивают на участки, которые располагают случайным образом по апертуре исходного пучка. Эффект достигается

516

тем л /чше, чем ня большее число участков разбивают каналы. Критерием такого разбиения может служить требование, согласно которому интенсивность света в пределах одного участка должна изменяться незначительно (т.е. быть практически постоянной), что возможно лишь в том случае, если размеры участков не превышают минимальные раз- меры характерных неоднородностей инт тенсивности в исходном пучке (например, модовых пятен). На практике целесообразно участки делать значительно меньшими по срав нению с характер- ными неоднородностями в распределении интенсивности в исходном пучке (в 10 раз и более).

В результате дополнительного разбиения каналов нл участки каждым ка- нал (при достаточно большом числе участков) оказывается равномерно размещенным по апертуре- исходного пучка Участки каждого канала формируют одну и ту же дифракционную картину, являю- щуюся составной частью синтезируемого пучка. При большом числе участков для каждого канала не будет наблюдаться выпадения какого-либо канала из процесса синтеза пучка, так как при флук туациях интенсивности в исходном пучке всегда большая часть участков данного канала в среднем окажется одинаково освещенной.

Для реализации способа излучение лазера 1 коллимируется оптической системой 2, после чего направляется на статистический фазовый преобразователь (СФП) 3 (чертеж). В качестве примера приведен СФП, содержащий 5 каналов SQ-S, которые отличаются площадями и размерами рассеивателей. Канал 50-диффузно рассеивающий, остальные каналы представляют собой бинарные фазовые транспаранты с двумя градациями фазы 0 и V причем площади постоянной фазы равны. Рассеиватели на участках . имеют круглую форму и расположены по сечению, не пере- крываясь.

Дифракционная картина в канале S имеет гауссову огибающую, а дифракционные картины в канале имеют кольцевые формы, диаметр которых (по максимуму интенсивности) определяет- ся соотношением:

,5flf/d,О)

где В - диаметр кольцевой дифракционной картины;

д - длина волны исходного лазерного пучка;

f - фокусное расстояние линзы 4, формирующей дифракционную картину Фраунгофера, наблюдаемую в плоскости 5; d - размер рассеивлтелей в данном канале.

Площади каналов и размеры рассенвателей подобраны таким образом, что синтезируемое распределение интенсивности в плоскости 5 имеет равномерный участок круглой формы.

Устранение влияния структуры исходного пучка достигается путем разбиения каналов модуляции на участки. При этом число участков дпя каждого канала выбирается независимо от остальных каналов, размеры участков также могут отличаться. Но возможно и такое разбиение, когда все участки будут одинаковыми. В этим случае необходимые расчетные ппощади каналов набираются необходимым числом участков

R1

(2)

где S; - площадь 1-го канала;

i - номер канала; N - число участков в i-ом канале;

SQ - площадь участка. Способ разбиения каналов на участки и конкретная реализация о-ззмещения каналов по апертуре исходного пучка не влияют на синтезируемое распределение интенсивности в дальней зоне (плоскости 5), а проявляются только в частной реализации спекл-фона в дифракционной каптине. который может Тхыть устранен одним из известных способов (например, перемещением СФП относительно исходного пучка). Это сле- дует из того факта, что интерференция двух (и более) случайных полей также является случайным полем, причем огибающая интерференционной картины определяется как сумма огибающих интенсивности слагаемых полей, которые в свою очередь определяются только размерами и формой рассеивателей.

Формула изобретения

Способ синтеза лазерного пучка с симметричным относительно оптической оси усредненным распределением интенсивности по сечению, заключающийся в

разбиении волнового фронта исходного лазерного пучка на несколько каналов, его статической фазовой модуляции в пределах каждого канала системой идеи- тичных рассеивателей, размеры которых одинаковы в пределах каждого канала и отличаются от канала к каналу, и сложении дифракционных полейi от всех каналов в дальней зоне, отли-чающ и и с я тем, что, с целью повышения степени усреднения распределения

интенсивности в синтезируемом пучке путем уменьшения влияния распдёделе- ния интенсивности в исходном пучке, каждый канал Модуляции разбивают на несколько участков, размеры которых не превышают характерных размеров не однородностей в распределении интенсивности по сечению исходного лазерного пучка, а участки всех каналов размещают «о апертуре этого пучка случайным образом.