Способ сужения диаграммы направленности лазерного пучка Советский патент 1991 года по МПК G02B27/48 H01S3/00 

Изобретение относится к лазерной технике и предназначено для получения заданной ширины диаграммы направленности в лазерных системах с регулировкой угловой расходимости, структуры поля и мощности излучения.

Целью изобретения является расширение диапазона мощностей используемых лазеров с осенесимметричной стабильной во времени диаграммой направленности.

На фиг. 1 показана оптическая схема для осуществления способа; на фиг. 2 - пример ближней (а) и соответствующей дальней зоны (б); на фиг. 3 - дальняя зона, ограниченная изофотой.

Лазерный пучок (см. фиг. 1) подают в пространственный фильтр, содержащий входной 1 и выходной 2 собирающие объективы, изображающие пучок в виде двух взаимно ортогональных отрезков 3 и 4, расположенных в разных фокальных плоскостях. Для фокусировки можно применить, например, обьектив-анаморфот, составленный из сферического фокусирующего заркала 5 и цилиндрической линзы 6. Сферическое зеркало может быть установлено в косом пучке, так что угол падения пучка 45 и более.Можно применить анаморфот-линзу (2) с одной сферической, другой цилиндрической поверхностью. Естественно, что для входного 1 и выходного 2 обьективов должно выполняться соотношение Fs + fs FM + fM, где Fs 5 FM - фокусные расстояния входного объектива в сагиттальной и меридиональной плоскостях; fs fм - , выходного, и система объективов 1 и 2 не должна иметь

О

± о

СП

о

аберраций, в том числе и астигматизма. Щелевые диафрагмы 3 и 4 помещены в фокальны х плоскостях объективов 1 и 2, вдоль соответствующих фокальных изображений. Ширина щелей обуславливает конечную диаграмму направленности по каждой из двух взаимно оротогональных координат. В способе предварительно определяют дальнопольную картину распределения интенсивности пучка, вошедшего в объектив 1. Определяют ее любым известным способом, например, методом фокального пятна, т.е. отражают часть пучка на фотопленку или другой приемник, установленный в фокальной плоскости дополнительного измерительного сферического объектива, затем изображение дальней зоны фотометрируют, определяют изофоты (линии равной интенсивности), выбирают изофоту порогового значения. Предпочтительно выбирают это значение так. чтобы ширина ограниченной части Q дальнополь- ной картины была близка, но несколько больше угловой ширины выходной диаграммы направленности. Изображение дальней зоны можно, например, обработать с помощью матрицы приемников и многомерного анализатора, так что операция определения Q и все последующие расчетные операции проводятся на ЭВМ по заданной программе.

На фиг. 2 показано в качестве примера поперечное сечение пучка, излучаемого не- стоучивым телескопическим резонатором с квадратными зеркалами, на фиг. 3 - соответствующий Фурье-образ пучка (дальняя зона), X и Y - координаты, перпендикулярные оси пучка и параллельные сторонам сечения пучка. Цифры у изофот- относительный уровень (на 1 принят максимум).

На фиг. 3 - дальняя зона, ограниченная изофотой (0,2). В ограниченной таким образом картине Q находят медиану распределения, т.е. линию по обе стороны которой

Scnl(q)dq /Q2l(q)dq, где l(q) - интенсивность в точке q, Qi + Q2 - Q части площади зоны Q, ограниченные выбранной изофотой и медианой. Из множества медиан, удовлетворяющих указанному условию и наклоненных под разными углами к поперечным осям X и Y, выбирают ту, для которой минимален /Q l(q)T2(q)dq, где

T(q) - длина перпендикуляра, опущенного из точки q на медиану. На фиг. 3 это медиана mi, m2, наклоненная под углом . / к оси X. Если дальнопольная картина имеет зеркальную симметрию, то эта меди- 0 ана проходит через максимум интенсивности в направлении максимальной натянутости картины Q. Затем с помощью объективов поворачивают фокальные изображения вокруг оси пучка так, чтобы одно из ° них образовало тот же угол ft с осью X, что и найденная медиана. Для этого, например, поворачивают цилиндрическую линзу входного и выходного анаморфотов вокруг оси пучка так, чтобы образующая линзы была расположена по найденному направлению, а щели диафрагм совмещают с повернутыми изображениями.

Формула изобретения

Способ сужения диаграммы направленности лазерного пучка, заключающийся в том, что пропускают пучок через пространственный фильтр, содержащий софокусные объективы-анаморфоты и две щелевые диафрагмы, расположенные ортогонально в фокальных плоскостях и ориентированные по главным сечениям объективов-анамор- фотов, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона мощностей ис- пользуемых лазеров с осенесимметрич- ной стабильной во времени диаграммой направленности, предварительно определяют направление медианы дальнопольного распределения интенсивности, для которой минимальна величина SQ (q) Т2 (J) где Q - площадь сечения пучка, зафиксированного в дальней зоне;

I (q) - расстояние от точки q до медианы;

Т( q) - интенсивность в точке Q сечения, и поворачивают пространственный фильтр так, чтобы главное сечение любого объекти- ва-анаморфота совпадало с найденным направлением медианы.

0

0

5

0

0

Фиг. I

Изобретение относится к лазерной технике и предназначен для получения заданной ширины диаграммы направленности в лазерных системах с регулировкой угловой расходимости, структуры поля и мощности излучения. Цель изобретения - расширение диапазона мощностей используемых лазеров с осенесимметричной стабильной по времени диаграммой направленности. Способ состоит в преобразовании поперечного сечения пучка в два взаимно ортогональных фокальных отрезка, расположенных на расстоянии друг от друга, и пространственной фильтрации отрезков щелевыми диафрагмами, расположенными вдоль отрезков. Новым является предварительное определение направления медианы дальнопольного распределения интенсивности, для которой минимальная величина *981QI(G)T(G)DG, где Q - площадь сечения пучка в дальней зоне

I(G) -интенсивность в точке G сечения

T(G) - расстояние от этой точки до медианы, синхронный поворот двух ортогональных фокальных отрезка и щелевых диафрагм так, чтобы одно из их направлений совпало с направлением рассчитанной медианы. 3 ил.

Фиг. 2

0.8.

Фиг.З