УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОКУСИРОВКИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Советский патент 1995 года по МПК G01S3/781 

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при разработке и эксплуатации технологических лазерных установок.

Цель изобретения уменьшение габаритов устройства.

На фиг. 1 представлена схема устройства с двумя зеркалами; на фиг.2 то же, с дополнительным плоским зеркалом; на фиг.3 то же, с двумя плоскими зеркалами; на фиг.4 схема расчета устройства; на фиг.5 фокусирующая схема из двух зеркал.

Устройство содержит размещенные по ходу луча выпуклое сферическое зеркало 1 и вогнутое сферическое зеркало 2. Причем луч, падающий на первое выпуклое зеркало и луч, отраженный от второго зеркала лежат по одну сторону от луча, отраженного от первого зеркала. Тем самым и нормали к зеркалам лежат по одну сторону от отрезка оптической оси, соединяющей центры зеркал. Таким образом реализуется схема с пересечением входного и выходного лучей и с пересечением нормалей в точке, лежащей внутри петли, образованной входным и выходным лучами. Устройство содержит дополнительное плоское зеркало 3, обеспечивающее разворот луча под заданным углом падения на зеркало 1. В устройство может быть введено еще одно плоское зеркало 4. При этом уменьшается угол падения на зеркало 3 и тем самым уменьшаются размеры плоских зеркал и всего устройства.

Устройство работает следующим образом.

Плоский пучок, падающий на зеркало 1 под углом расширяется и отражается от него также под углом и попадает под углом на зеркало 2, которое фокусирует его в заданную точку. Для обеспечения оптического качества следует рассчитать следующие параметры:
Уравнение сферической поверхности радиуса R_y= +
Координата b определяется соотношением:
b + +
Последовательно находим:
tgα
tg 2β
tgβ +
tg(2β-α) Подстановка дает:
b
Рассмотрим далее фокусирующую схему из двух зеркал, приведенную на фиг. 5. Непосредственно из чертежа для зеркала 2 следует:
I+f₁ откуда
a₂= и аберрации второго зеркала 2 записываются в виде:
Δb₂=
Здесь использовано очевидное соотношение
x₂ x₁(1+I/f₁)
На зеркало 1 падает плоский пучок, поэтому
Δb₁ lim Δb₁ x₁²/8f₁.

= Δb₂
Приравнивая Δb₁= Δb₂ после ряда преобразований получаем искомое соотношение:
R₁+2I-R₂= R Согласно принятым обозначениям, кривизна пучка после отражения от выпуклого зеркала 1 будет:
Q₁= После прохождения отрезка длиной l
Q_1I= [Q-1

¹+I(1001)] ¹= ; и после отражения от второго вогнутого зеркала
Q₂= Q_1I- = 2 Требование, чтобы после отражения от второго зеркала пучок сходился в каустику на расстоянии L, так, что кривизна выходного пучка С -1/L приводит к искомым уравнениям:
+ 0
+ 0 Для выбранных величины R₁₂, l, L из последних уравнений однозначно определяются углы падения α₁ и α₂ Вариации углов на входе α_вхопределяют вариации фокуса Δf на выходе: Δf α_вхf откуда для осевого пучка получается выражение для f:
f Для расстояния фокусировки L справедлива формула:
L откуда уже для осевого пучка можно получить:
f L Для внеосевых параксиальных пучков в меридиональной плоскости справедлива замена: R' Rcosα, а в сагиттальной плоскости: R'= R/cosα Подстановка последних соотношений в выражение для f дает искомые F_м и F_c:
F_м= L
F_с= L Соблюдение данных параметров позволяет получить оптимальные характеристики фокусирующей системы.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при разработке технологических лазерных установок. Цель изобретения уменьшение габаритов устройства. Устройство состоит из выпуклого зеркала и зеркал. Зеркала выполнены сферическими. В устройство могут быть введены плоские зеркала. Радиусы кривизны сферических зеркал и расстояния между ними связаны соотношениями где R₁ радиус кривизны выпуклоного зеркала, R₂ радиус кривизны вогнутого зеркала, l расстояние между зеркалами по осевому лучу, α₁, α₂ углы между оптической осью и нормалями к зеркалам, L расстояние от вогнутого зеркала для точки фокусировки по осевому лучу, при этом нормали к поверхности зеркал расположены по одну сторону от прямой, проходящей через центры сферических зеркал. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОКУСИРОВКИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее оптически сопряженные, расположенные под углом друг к другу выпуклое и вогнутое сферические зеркала, нормали к которым лежат в одной плоскости, отличающееся тем, что, с целью уменьшения габаритов устройства, радиусы кривизны сферических зеркал и расстояния между ними связаны соотношениями:



где R₁ радиус кривизны выпуклого зеркала;
R₂ радиус кривизны вогнутого зеркала;
I расстояние между зеркалами по осевому лучу;
α₁α₂ углы между оптической осью и нормалями к зеркалам;
L расстояние от вогнутого зеркала до точки фокусировки по осевому лучу,
при этом нормали к поверхности зеркал расположены по одну сторону от прямой, проходящей через центры сферических зеркал. 2. Устройство для фокусировки оптического излучения по п.1, отличающееся тем, что в него введено установленное перед выпуклым сферическим зеркалом плоское зеркало, нормаль к поверхности которого в его центре расположена в плоскости, совпадающей с плоскостью, проходящей через нормали сферических зеркал. 3. Устройство для фокусировки оптического излучения по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в него введено дополнительное плоское зеркало, установленное перед первым плоским зеркалом, причем прямая, проходящая через центры плоских зеркал, перпендикулярна прямой, соединяющей центр вогнутого сферического зеркала с геометрическим фокусом устройства.