Устройство для фазового преобразования структуры лазерного пучка Советский патент 1992 года по МПК G02B27/44 G02B27/48 

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано, например, в многоканальных установках для лазерногб термоядерного синтеза (ЛТС).

Известно устройство для фазового преобразования структуры лазерного пучка, включающее ряд последовательно установленных оптически прозрачных пластин уменьшающегося диаметра, каждая из которых вносит в соответствующий участок лазерного пучка фазовую задержку, величина задержки больше времени когерентности пучка. Волновой фронт пучка разбивается при этом на зоны, некогерентные одна относительно другой

Однако при фокусировке сформированного таким образом лазерного пучка огибающая распределения интенсивности описывается кривой, отвечающей дифракции на отдельной зоне, и следовательно, однозначно заданной формы. Это не позволяет получать различные формы распределения интенсивности и тем самым снижается качество преобразования пучка.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для фазового преобразования структуры лазерного пучка, включающее оптически прозрачную подложку, одна из поверхностей которой разделена на зоны с различной фазовой задержкой, имеющей случайную величину, меньшую времени когерентности пучка, Единый волновой фронт лазерного пучка при этом разбивается на отдельные когерентные один откосит епьно другого участки.

Однако при фокусировке сформированного таким образом лазерного пучка вследствие суммирования большого числа волн со случайной фазовой задержкой реализуется распределение интенсивности, огибающая которого отвечает кривой дифракции на отдельной зоне неоднородности и имеет однозначно заданную форму. Это не позволяет изменять форму огибающей распределения

М

Јь

СО

ю ч

интенсивности, что снижает качество преобразования структуры лазерного пучка.

Целью изобретения является повышение качества преобразования структуры лазерного пучка путем управления огибающей распределения интенсивности.

Указанная цель достигается тем. что в известном устройстве для фазового преобразования структуры лазерного пучка, включающем оптически прозрачную подложку, одна из поверхностей которой разделена на зоны с различной фазовой задержкой, зоны выполнены с фиксированной высотой, расположены периодически в виде двумерной фазовой решетки, со стороны решетки установлена дополнительная оптически прозрачная пластина, а образованная между ними емкость заполнена прозрачной для лазерного излучения жидкостью и выполнена с возможностью замены этой жидкости на жидкость с другим показателем преломления.

На фиг. 1 и 2 изображен фазовый преобразователь.

На фигурах приняты следующие обозначения: оптически прозрачная подложка 1; вертикальные штрихи 2 фазовой решетки; горизонтальные штрихи 3 фазовой решетки; дополнительная оптически прозрачная пластина 4; прокладка 5; жидкость б; отверстие 7 для заполнения жидкостью; манжета 8.

Устройство работает следующим образом.

На плоскую подложку 1. изготовленную из оптически прозрачного материала, например стекла или киарца, нанесены вертикальные 2 и горизонтальные 3 штрихи одинаковой высоты из оптически прозрачного материала с показателем преломления Пшт. например, кварца. Зоны неоднородности в этом случае есть области пересечения штрихов. Угол между вертикальными и горизонтальными штрихами составляет 90°. Штрихи наносят, например, методом напыления кварца через щелевую маску. При этом под высотой штриха h следует понимать толщину напыленного слоя.

Высоту штриха решетки выбирают из условия подавления аберраций преобразуемого пучка и обеспечения максимального диапазона изменения формы огибающей распределения интенсивности при изменении пср.

Выбор ширины штриха решетки осуществляют исходя из условия равенства диаметра облучаемой площади мишени и кружка рассеяния, образованного при дифракции излучения на размере ширины штриха решетки. Для того, чтобы размеры кружка рассеяния от отдельных зон неоднородности были равны, период решетки выбирают вдвое большим ширины штриха.

Дополнительная пластина 4 изготовлена из оптически прозрачного материала, например стекла или кварца, и с помощью манжеты 8 образует с подложкой 1 герметичную емкость. В исходном состоянии дополнительная пластина отжата от подложки 1 и через отверстие 7 в манжете 8 емкость

заполняется жидкостью б с показателем преломления пср. Для приведения в рабочее состояние дополнительная пластина 4 поджимается к подложке 1 через прокладку 5, лишняя жидкость при этом удаляется через

отверстие 7.

Жидкость выбирают следующим образом, Пучок непрерывного лазера пропускают через фазовый преобразователь и затем фокусируют объективом. В плоскости установки мишени регистрируют распределение интенсивности в зависимости от пср. Оптимальное для данных условий эксперимента распределение интенсивности определяют заранее расчетным путем.

Сравнивая полученные экспериментальные результаты с расчетными, определяют оптимальный состав жидкости.

Выполнение зон неоднородности одинаковой высоты h и расположение их периодически обеспечивает необходимые и

достаточные условия для управления формой огибающей, поскольку распределение

интенсивности в сфокусированном пучке,

преобразованном такой пластиной, зависит

от величины

h Пшт ПСР

Пср

Варьируя пср путем замены жидкости на жидкость с другим показателем преломления, реализуют различные распределения интенсивности в преобразованном лазерном пучке.

Таким образом, такой признак как фиксированная высота зон неоднородности и

расположение их периодически в виде двумерной фазовой решетки в сочетании с совокупностью1 известных признаков позволяет получить качественно новый эффект.

П р и м е р. На предприятии изготовлен ряд комплектов из шести фазовых преобразователей для проведения экспериментов по сферическому облучению 6-пучковым мощным лазером на неодимовом стекле (Я

1,06 мкм) сферических микромишеней, заполненных термоядерным горючим (смесь газов дейтерия и трития под давлением 20 атм). Диаметр мишеней составляет 10 мкм. Параметры одного из комплектов фазовых преобразователей были выбраны следующими: световой диаметр 120 мм; ширина штриха 4 мм; период решетки 8 мм; высота штриха 8,8 мкм. Оптически прозрачная подложка и дополнительная оптически прозрачная пластина одинаковой толщиной 15 мм изготовлены из стекла К8. В качестве прокладки использовалась алюминиевая фольга толщиной 15 мкм. Распределение интенсивности в плоскости установки мишени, наиболее близкое к расчетному распределению интенсивности, получено при использовании в качестве жидкости этилового спирта (пср 1,36).

Проведенные эксперименты показывают, что использование предлагаемого устройства для фазового преобразования структуры лазерного пучка обеспечивает повышение степени сжатия мишеней в среднем в 4 - 6 раз и повышение нейтронного выхода в 2 раза, что указывает на улуч- шение условий, необходимых для протекания термоядерных реакций. Из этого можно сделать вывод о существенном

0

5

0

5

повышении однородности облучения мишеней. Использование фазовых преобразователей позволяет также повысить воспроизводимость результатов экспериментов.

Формула изобретения Устройство для фазового преобразования структуры лазерного пучка, включающее оптически прозрачную подложку, одна из поверхностей которой разделена на зоны с различной фазовой задержкой.о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повышения качества преобразования за счет обеспечения возможности управления огибающей распределения интенсивности, зоны выполнены с фиксированной высотой, расположены периодически в виде двумерной фазовой решетки, со стороны решетки установлена дополнительная оптически прозрачная пластина, а образованная между ними емкость заполнена прозрачной для лазерного излучения жидкостью и выполнена с возможностью замены этой жидкости на жидкость с другим показателем преломления.

Использование: в области лазерной техники, например, в многоканальных установках для лазерного термоядерного синтеза. Сущность изобретения: устройство содержит оптически прозрачную подложку, одна из поверхностей которой выполнена в виде двумерной фазовой решетки, и оптически прозрачную пластину. Образованная между ними емкость заполнена прозрачной для лазерного излучения жидкостью t ил

&№ 1

А-А

фиг. 2