Оптическая система для выравнивания интенсивности по сечению лазерного пучка Советский патент 1984 года по МПК G02B27/48 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных когерентных процессорах и голографии для .высокоэффективного преобразования пучка одномодового лазера воднородную плоскую волну с высокой эффективностью преобразования световой энергии. В известных оптических системах для расширения лазерного пучка и получения плоского волнового фронта используются системы, содержащие микрообъектив (обычно стандартный) диафрагму и коллимирующую линзу Си. Недостатком этих систем является существенная неравномерности распределения интенсивности в поперечном сечении пучка на выходе системы (повторяющая по характеру распредел ние на входе) и низкая эффективност преобразования световой энергии, поскольку для получения малой нерав номерности поперечного распределени интенсивности, пучок на выходе систе диафрагмируют, в результате этого используют лишь незначительную часть мощности лазера - порядка еди ниц процента. Наиболее близкой по сущнос.ти технического решения является оптическая система, содержащая телескоп ческую систему из последовательно установленных по ходу пучка микрообъектива, диафрагмьт и объектива в виде одиночной положительной линзы из нейтрального стекла С23. Недостатком такой системы является то, что она осуществляет преобразование лишь поперечного распределения амплитуды гауссова пучка, но не формирует плоскую волну на выходе, а также не позволяет достичь высокой эффективности преобразования световой энергии. Целью изобретения является форми рование из гауссова лазерного пучка однородной плоской волны и повышение эффективности преобразования световой энергии. Поставленная цель достигается тем, что оптическая система для выравнивания интенсивности по сеченйю лазерного пучка, содержащая телескопическую систему из последовательно установленных по ходу пучка микрообъектива, диафраг№а и объектива в виде одиночной положительной линзы из нейтрального стекла, дополнительно снабжена отрицательн линзой из бесцветного стекл 1 расположенной между диафрагмой и поло жительной линзой, прич,ем оптическа сила полученного объектива соответ ствует условию i ,,x CM ОП тическая сила линзы из нейтральног стекла соответствует условию -Фл 8 (и, -1) /оСд D(,, , а диаметр диафparr-.Ev в 3-5 раз превышает 26|,, г,це 2 40, 2 ё - соответственно диаметр пучка на входе и в плоскости диафрагмы по уровню интенсивности 1/в; f дд - ; окусное расстояние (микрообъектива выя диаметр однородного плоского пучка на выходе системы; Пл|0 / коэффициенты преломления и поглощения нейтрального стекла соответственно. На чертеже изображена схема одного из возможных вариантов предлагаемой оптической систе1У1Ы. Оптическая система для выравнивания интенсивности по сечению лазерного пучка содержит телескопическую систему из последовательно установленных по ходу пучка микрообъектива 1, диафрагмы 2, отрицательной линзы 3 из бесцветного стекла и положительной линзы 4 из нейтрального стекла. Система работает следуиадим образом. Микрообъектив 1 формирует изображение перетяжки гауссова..лазерного,пучка в плоскости диафрагмы ,2. Объектив телескопической системы, состоящий из отрицательной линзы 3 из бесцветного стекла и положительной линзы 4 из нейтрального стекла и имеквдий указанную вщае оптическую силу Ф при оптической силе положительной линзы Фд, формирует на выходе оптической CKC-revsn однородную плоскую волну диаметром с высокой эффективностью преобразования световой энергии- 37%. Введение дополнительной отрицательной линзы 3 из бесцветного стекла и обеспечение соотношения оптических сил объектива Ф и положительной линзы из ней1:рального стекла д , с одной стороны, и размера гауссова пучка на входе оптической систеквл 2 б,фокусного расстояния микрообъектива f) , коэффициентов преломления Лд и поглощения вСд нейтрального стекла положительной линзы и диаметра выходного пучка J) 9 другой стороны, позволяет получить из гауссова пучка однородную плоскую волну требуемого диаметра и повысить эффективность преобразования световой энергии до предельно возможной для данного устройства () при любых сочетаниях 26, f; , Пд и оСд , Кроме того, наличне достаточного количества свободных параметров обеспечивает возможность практически полной компенсации аберраций; обеспечение размера диафрас

мы, в 3-5 раз превышающего изображение гауссова пучка 26 позволяет, во-первьк, значительно ослабить пространственные шумы исходного гауссова пучка.и во-вторых передать практически без искажения форму и энергию гауссова пучка.

В качестве примера конкретной реализации приведена оптическая система для формирования однородной плоской волны с диаметром выходного пучка i)g, 35 мм из гауссова пучка одномодового лазера с дпиной волны Л 0,6328 мкм и размером пятна 2«эд 0,62 мм. Оптическая система предложенного типа при использовании стандартного апохроматического кшкрообъектива ОС-8 с фокусным расстоянием 8,37 мм и нейтрального стекла НС-7 положительной линзы объектива телескопическо систе ш} с коэффициентом прглрще-. нияо1д 0,2б77 мм ца длине волны лазера мкм имеет дополйитёльвую отрицательную линзу и оптическую силу объектива телескопической системы ф г О, 00 21 164, а также оптическую силу положительной I линзы иэ нейтрального стекла ,йi21976. Такая телескопическая система, содержащая o6beKTHB j3 по;добранными при абберрационном расчете и приведенными к Гостированному ряду конструктивными параметрами R -304,1 мм, ,,23 мм, «3 62,23 мм, «4 -121,9 MMif о( мм, , с31э. 4,8 мм, обеспечивает, формирование однородной плоской волны требуемого диаметра, т.е. необходимую амплитудно-фазовую коррекцию пучка: постоянное амплитудное распределение по всему диаметру выходного пучка В, 35 мм и постоянное фазовое распределение, поскольку угол расходимости- на выходе системы е 1(82 +(0) «0,00002217 рад 4,43 практически равен диафракционному дд- 0,00002206 рад 4,41,-а остаточные аберрации в системе составляют tKj. 0,2210 рад. Эффективность использования световой энергии в системе определяется по формуле

, -4- ехр Г-Ут (где 2 6, - разof L л J мер гауссова пучка на объективе

, по уровню 1/t, 2 д - диаметр линзы), равна „а 36,8%.

Устройство позволяет существенно повысить качество преобразования лазерного пучка по сравнению с известными.

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ВЫРАВНИВАНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ПО СЕЧЕНИЮ ЛАЗЕРНОГО ПУЧКА, содержащая телескопическую ёистему из последователь но установленных по ходу луча кшкрообъектива, диафрапф и объектива в виде одиночкой положительной лиЪэы из нейтрального стекла, о т л и чающаяся тем, что, с целью преобразования гауссовского лазерного пучка в однородную плоскую вол ну и повышения эффективности передачи световой энергии, в нее/а(ополнительно между диафрагмой и линЗОЙ введена отрицательная линза из бесцветного стекла, причем оптическая сила полученного объектива соответствует условию K.J. оптическая сила линзы из нейтрального стекла соответствует условию (n,-1) 2 I а диаметр днафраонш в 3-5 раз превы111ает , где 21а, 26 - диаметр пучка на входе и в плоскости диафрагмы по уровню интенсианости i/e соW ответственно; да фокусное расстояние микрообъектива; вь/х диаметр однородно1о Плоского пучка на выходе системе: ; со коэффициенты прелом00 ления и поглощения нейтрального стекла со соответственно. 4 / U bL