Устройство для фокусировки излучения в кольцо Советский патент 1992 года по МПК G02B27/42 

Изобретение относится к дифракционной оптике и может быть использовано для фокусировки излучения в кольцо при технологических применениях лазеров.

Известны модулированные дифракционные линзы, формирующие кольцеобразное распределение интенсивности в фокальном пятне. В данном случае функция пропускания фокусирующего элемента может быть представлена в виде произведения функций пропускания сферической линзы и модулирующего ступенчатого фазового фильтра. Последний производит инвертирование фазы излучения, проходящего через центральную область элемента.

Однако при таком подходе диаметр кольца фокусировки и ширина кольца жестко связаны между собой, поэтому отсутствует возможность изменения диаметра кольца независимо от его ширины

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фокусирующий элемент тигы сферическая линза плюс аксикон. Функция пропускания данного фокусирующего элемента имеет вид:

T(r) (r),

где р(г}

-Кг

+

Кгг

Ro

2 Ro

К 2 л/ Я;

г - полярный радиус;

г0 - радиус кольца фокусировки,

R0 Vf I + г I ;

f0 - фокусное расстояние.

При этом изофазные линии фазового профиля имеют вид концентрических окружностей

Принципиальным недостатком данных фокусирующих элементов является наличие локального максимума интенсивности в центре распределения поля в фокальной плоскости, оказывающее паразитное воздействие в случае практического применения элементов в лазерной технологии При азимутальной симметрии изофазных линий фазового профиля фокусирующего элемента устранение максимума невозможно.

Цель изобретения - улучшение качества фокусировки путем уменьшения интенсивности центрального максимума.

(Л

1

со

о о о о

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для фокусировки излучения в кольце, выполненном в виде дифракционного оптического элемента, изофазные линии выполнены в виде одно- или многозаходной спирали, функция Т (г, а) комплексного пропускания которой определяется из соотношения

Т(г, a p(r, а),

Кг

Кгго

(г,«)- + «: г - текущий полярный радиус; а- текущий азимутальный угол;

К - волновое число, равное К -у- ;

А- рабочая длина волны;

г0 - заданный радиус фокусируемого кольца;

Но Vf i + г i ; ;

fo - заданное фокусное расстояние;

п 1,2,3... - число заходов спирали.

На ф иг.1 представлена форма изофаз- ных линий известного фокусирующего элемента (без квадратичного фазового множителя); на фиг,2 - то же, предлагаемого фокусирующего элемента; на фиг.З - формы распределения интенсивности в фокальной плоскости фокусатора при п 0 (известное устройство), п 1, 2 и 3.

Предлагаемое устройство для фокусировки излучения в кольцо представляет из себя дифракционный оптический элемент с функцией пропускания.

T(r ,a) (г, а),

где р(г, «) Кг

+4 + п«

R о R о п - целое число, отличное от нуля; а- азимутальный угол. При этом изофазные линии фазового профиля фокусатора имеют форму спирали (фиг.2). Количество заходов спирали определяется целым числом п. Фокусирующий элемент, описанный в известном устройстве, реализуется при п 0.

Устройство работает следующим образом.

0

5

0

5

0

5

0

5

Фокусирующий элемент устанавливается в однородный световой пучок. Преобразованный фокусирующим элементом световой поток на расстоянии от элемента формирует кольцеобразное распределение интенсивности радиуса г0. При п, отличном от нуля, интенсивность в центре кольца равна нулю. Локальный максимум в центральной области имеет форму кольца малого радиуса, причем интенсивность излучения в этом кольце существенно ниже, чем в центре при п 0. Так, для фокусирующего элемента с фокусным расстоянием f0 500 мм и радиусом кольца фокусировки г0 5 мм максимумы интенсивности в центральной области при п 0,1,2,3 относятся соответственно как 1 : 0,32 : 0,24 : 0,18.

Таким образом, фокусирующий элемент с предлагаемым фазовым профилем обеспечивает улучшение кольцеобразной формы распределения интенсивности светового поля в фокальной плоскости.

Формула изобретения

Устройство для фокусировки излучения в кольцо, выполненное в виде дифракционного оптического элемента, фазовый профиль которого образован изофазными линиями, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества фокусировки путем уменьшения интенсивности центрального максимума, изофазные линии выполнены в виде одно- или многозаходной спирали, функция Т(г, а) комплексного пропускания которой определяется из соотношения

Т (г, a) expiiy(r, ajj f

гдер(г, «) -|Ј1 + К.|:1°+па;

г - текущий полярный радиус;

а- текущий азимутальный угол; К - волновое число, равное К 2тг/А;

А- рабочая длина волны; г0 - заданный радиус фокусируемого кольца;

R - f2 4- 1-2 о - т о г о,

fo - заданное фокусное расстояние;

п 1, 2, 3, ... - число заходов спирали.

CD

to о со о со г1Л

ю

о

LD

LO

ю

CD О tO О

со гlmax

п

0L

J,

//77ЯГТ

п

s о

Г0 J

Изобретение относится к дифракционной оптике и может быть использовано для фокусировки излучения в кольце при технологических применениях лазеров Устройство выполнено в виде дифракционного оптического элемента, фазовый профиль которого образован изофазными линиями представляющими собой одно- или много- заходную спираль. Приведена функция комплексного пропускания этой спирали Благодаря такому выполнению повышается качество фокусировки путем уменьшения интенсивности центрального максимума 3 ил

1/nox

0

n--l

/7-J

П)

S