Способ задания направления распространения излучения лазера и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК H01S3/02 

тальной плоскости, как и дно кюветы, выходное зеркало жестко скреплено с кюветой параллельно ее дну. 2 с. и 3 з.п. ф-лы. 3 ил.

Использование: в приборостроении с использованием лазерного излучения. Сущность изобретения: для задания горизонтального . направления распространения излучения лазера при его произвольном п ространственном расположении предложен новый способ, в котором излучение направляют на оптический узел, включающий расположенные на одной оси полупрозрачное и поворотное зеркало, установленные под углом 45° Друг к другу, при этом оптический узел закреплен так, что Имеет одну степень свободы-вращение вокруг оси, перпендикулярной выходному зеркалу, и занимает положение, в котором линия пересечения плоскостей с расположенными в них зеркальными Поверхностями лежит в вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости выходного зеркала, причем полупрозрачное зеркало жестко скреплено с поворотным зеркалом. Предложенный способ реализован в устройстве, включающем активную среду лазера и резонатор, образованный двумя зеркалами, выходное зеркало которого выполнено подвижным, между выходным зеркалом лазера и активной средой расположена 90° призма, входная грань которой выставлена параллельно глухому зеркалу, выходная грань выставлена параллельно вертикальной плоскости, перпендикулярной глухому зеркалу, при этом призма и выходное зеркало механически связаны с глухим зеркалом резонатора через подшипники с возможностью установки призмы с минимумом потенциальной энергии, выходное зеркало жестко скреплено с призмой параллельно ее выходной грани, а подшипники выполнены с обеспечением одной степени свободы приз- мы-вращение вокруг оси. перпендикулярной глухому зеркалу. Для задания вертикального и горизонтального направлений излучения в условиях изменяющегося по углу пространственного положения устройства и определения характера низкочастотных колебаний оно дополнительно содержит вторую ось вращения, перпендикулярную выходной грани призмы и жестко скрепленную с ней, между призмой и выходным зеркалом расположены полупрозрачное зеркало и плоскопараллельная оптическая кювета, частично заполненная жидкостью, при этом полупрозрачное зеркало установлено под углом 45° к выходной грани призмы так, что линия пересечения плоскостей, в которых расположены полупрозрачное зеркало и выходная грань призмы, лежит а горизонтальной плоскости, причем полупрозрачное зеркало соединено с призмой через подшипники, размещенные на второй оси. оптическая кювета размещена под углом 45° к полупрозрачному зеркалу так, что плоскости, в которых лежат полупрозрачное зеркало и дно кюветы, пересекаются по прямой, лежащей в горизонЈ ьяяД ш со ы 10 ел со

Изобретение относится к приборостроению с использованием лазерного излучения и касается вопросов задания горизонтального и вертикального направлений в пространстве.

Цель способа - задание горизонтального направления при произвольном пространственном расположении лазера.

Предложенный способ может быть реализован в устройстве изображенном на фиг. 1. где показаны: лазер 1, поворотное зеркало 2, ось вращения 3-, оптическая ось 4, центр тяжести 5. полупрозрачное зеркало 6, которое в одном случае может крепиться к зеркалу 2 и о другом варианте к оси вращения (пунктир)..

Источником излучения может служить, любой, например, газовый He-Ne лазер 1, на пути распространения излучения которого нужно расположить оптический элемент таким- образом, чтобы излучение отразилось от зеркала 6 точно в обратном направлении. При этом оптический элемент или его вращающаяся часть (второе исполнение) должна иметь одну степень свободы - вращение вокруг оси перпендикулярной-зеркалу 6, и его (ее) положение в пространстве фиксируется силой тяжести таким образом, что линия пересечения зеркальных плоскостей лежит в вертикальной плоскости, перпендикулярной зеркалу б, образующему с зеркалом 2 углом 45°. При таком расположении зеркал оптического элемента он всегда будет отражать прошедшее через него излучение в горизонтальном направлении.

На фиг. 2 показана схема устройства. Она содержит лазер 1-, глухое зеркало 7, выходное зеркало 8. 90° призму 9, ее ось вращения 10, жестко скрепленную с плотным зеркалом резонатора лазера 7 и параллельную оптической оси лазера, т.е. перпендикулярную плотному зеркалу резонатора 7 и подшипники 11.

В качестве источника света используется He-Ne лазер 1 (может использоваться любой другой лазер), у которого снято обычное выходное зеркало и на его оправке, жестко скрепленной с плотным зеркалом закреплена ось вращения 10. Призма 9. которая имеет лишь одну степень свободы (вращение вокруг оси 10} выставлена таким образом. что ее внутренняя грань параллельна плотному зеркалу (у призмы следует просветлить

входную и выходную грани или призма может быть заменена на зеркало, что улучшит работу устройства, но затруднит описание его работы), внешняя (выходная) грань находится в вертикальной плоскости, перпендикулярной плотному зеркалу и это положение

зафиксировано силой тяжести (Р - направ ление силы тяжести). Выходное зеркало 8 жестко крепится к призме и настраивается параллельно выходной грани призмы(в простейшем случае зеркальное покрытие непосредственно наносится на выходную грань призмы).

Естественно, что для обеспечения возможности вращаться вокруг оси, перпендикулярной плотному зеркалу, может быть

использована и какая-то другая конструкция, обеспечивающая одну степень свобо- ды - вращение вокруг оси с минимальным трением.

Работа устройства состоит в том, что

после включения лазера через время,необходимое для того, чтобы подвижная часть оптической системы заняла положение с минимальной потенциальной энергией, при котором выходное зеркало находится в вертикальной плоскости, он будет излучать энергию в направлении перпендикулярном этому зеркалу, т.е. в горизонтальном направлении. При этом положение лазера может быть любым от горизонтального до

вертикального.

При работе в условиях качки вышеописанное устройство будет излучать сает не только в горизонтальном направлении, но и под углом в течение времени, когда подвижная часть оптической схемы переходит из одного устойчивого состояния с минимальной потенциальной энергией в другое, что затруднит его использований в этих условиях.

Устройство, показанное на фиг. 3. свободно от этого недостатка: оно излучает свет только в горизонтальном и вертикальном (вверх и вниз) направлениях при произ- вольном крене плоскости, на которой

устройство расположено и не излучает в течение времени перехода подвижной части оптической схемы из одного устойчивого положения в другое. Устройство дополнительно содержит вторую ось вращения 12.

жестко скрепленную с призмой 9 под прямым углом к выходной грани призмы 9, подшипники 13, обеспечивающие одну степень свободы - вращение, частично прозрачное зеркало 14, отражающее излучение вниз под прямым углом, плоскопараллельную оптическую кювету 15, частично заполненную прозрачной жидкостью, при этом кювета жестко скреплена с зеркалом 8 и противовес 16. Зеркальное покрытие выходного зеркала в данном случае нанесено на дно кюветы 15

В стационарных условиях устройство работает следующим образом.

Под действием силы тяжести оптические элементы занимают в пространстве следующие положения; Призма фиксируется как и в предыдущем случае, т.е. обеспечивает горизонтальное распространение света. Частично прозрачное зеркало отражает этот свет под прямым углом так, что он распространяется в вертикальном направлении вниз, оптическая кювета, поверхность жидкости и выходное зеркала находятся в горизонтальной плоскости и отражают часть света в вертикальном направлении, который частично возвращается в активную среду лазера 1 и частично проходят сквозь зеркало 14 и задает вертикальное направление вверх. Если плоскость, на которой располагается устройство, наклонить, то генерация сорвется т.к. оптическая кювета будет являться клином, который расстроит резонатор, и генерация возобновится лишь после того, как подвижная часть оптической схемы займет исходное положение с минимальной потенциальной энергией, при котором кювета вновь станет плоскопараллельной пластинкой.

Т.о., предложенное устройство в упрощенном варианте обеспечивает задание горизонтальной плоскости в стационарных условиях при любом расположении лазера и может быть использовано в строительных и геодезических работах, а его модификация обеспечивает задание трех направлений (вертикально вверх, вертикально вниз и горизонтальное). При этом устройство может быть использовано при работе в условиях качки для выполнения, например, таких работ, как локация дна моря. И последнее, по длительности импульсов генерации и их скважности можно судить о характере низкочастотных колебаний платформы, на которой установлено устройство.

Формула изобретения

гравитационными силами, отличающий- с я тем, что, с целью задания горизонтального направления при произвольном пространственном расположении лазера; излучение направляют на оптический узел, включающий расположенные на одной оси полупрозрачное и поворотное зеркала, установленные под углом 45° друг к другу, при этом оптический узел закреплен так, что имеет одну сте0 пень свободы - вращение вокруг оси, перпендикулярной выходному зеркалу, и занимает положение, в котором линия пересечения плоскостей с расположенными в них зеркальными поверхностями лежит в верти5 кальной плоскости, перпендикулярной плоскости выходного зеркала.

0 произвольном пространственном расположении устройства, оно дополнительно содержит 90° призму, расположенную между выходным зеркалом лазера и активной средой, входная грань призмы выставлена па5 раллельно глухому зеркалу, выходная грань вставлена параллельно вертикальной плоскости, перпендикулярной глухому зеркалу, при этом призма и выходное зеркало механически связаны с глухим зеркалом резона0 тора через подшипники с возможностью установки призмы с минимумом потенциальной энергии.

0 свободы призмы-врэщение вокруг оси, перпендикулярной глухому зеркалу.

5 изменяющегося по углу пространственного положения устройства и определения характера низкочастотных колебаний, оно до- полнительно содержит вторую ось вращения, перпендикулярную выходной грани призмы и жестко скрепленную с ней.

между призмой и выходным зеркалом расположены полупрозрачное зеркало и плоскопараллельная оптическая кювета, частично заполненная жидкостью, при этом полупрозрачное зеркало установлено под углом 45° к выходной грани призмы, так, что линия пересечения плоскостей,, е которых расположены полупрозрачное зеркало и выходная грань призмы, лежит в горизонтальной плоскости, причем полупрозрачное

зеркало соединено с призмой через подшипники, размещенные на второй оси, оптическая кювета размещена под углом 45° к полупрозрачному зеркалу так, что плоскости, в которых лежат полупрозрачное зеркало и дно кюветы, пересекаются по прямой, лежащей в горизонтальной плоскости, как и дно кюветы, выходное зеркало жестко скреплено с кюветой параллельно ее дну.

6

Фиг.г

16

ФигЗ