Способ фокусировки монохроматического излучения и устройство для его осуществления

Способ фокусировки монохроматического излучения и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Способ фокусировки монохроматического излучения, заключающийся в том, что волновой фронт излучения, формируют путем фазовой модуляции волны при помой1и фозового элемента, отличающийся тем, что. с целью достижения полной концентрации энергии в заранее определенной области пространства с заданным распределением, волновой фронт излучения направляют различными зонами фазового элемента в одну или разные области пространства, при этом закон, по которому осуществляют фазовую модуляцию, описывается кусочно-непрерывной функцией, изменяющейся в диапазоне от О до --т , где Л длина волны излучения; п - показатель преломления фазового элемента. 2. Устройство для фокусировки монохроматического излучения, выполненное в виде киноформа;, отличающее с я тем, что на одной или обеих поверхностях киноформа нанесены в зонах непрерывные фазовые профили с высотой рельефа, меняющейся I (Л от о до - , преломления; чения. где п - показатель А - длина волны излусо о 1C to 00 со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„,SU„„1302233

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

- (21) 3408156/18-25 (2Й) 09.03.82 (46) 07.04.87. Бюл, Х - 13 (71) Институт общей физики АН СССР и Куйбьппевский авиационный институт им. акад. С.П.Королева (72) А.М.Прохоров, И.Н.Сисакян, М.А.Голуб, В.А,Сойфер и С.В.Карпеев (53) 772,99 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 256122, кл. Н 01 S 3/02, 1969.

2.Слюсарев Г.Г.О возможном и невозможном в оптике. — M.: Гос, иэд-во/тех. — теор. лит., 1957, с. 146-147. (54) СПОСОБ ФОКУСИРОВКИ МОНОХРОМАТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ фокусировки монохроматического излучения, заключающийся в том, что волновой фронт излучения, формируют путем фазовой модуляции волны при помо@и фозового элемента, отличающийся тем, что, (5D 4 С 02 В 27/44 5/32 G 03 H 1 02 с целью достижения полной концентрации энергии в заранее определенной области пространства с заданным распределением, волновой фронт излучения направляют различными зонами фазового элемента в одну или разные области пространства, при этом закон, по которому осуществляют фазовую модуляцию, описывается кусочно-непрерывной функцией, изменяющейся в

Л диапазоне от 0 до — —, где Я— и-1

1 длина волны излучения; п — показатель преломления фазового элемента.

2. Устройство для фокусировки монохроматического йзлучения, выполненное в виде киноформа, о т л и ч а ющ е е с я тем, что на одной или обеих поверхностях киноформа нанесены в зонах непрерывные фазовые профили с высотой рельефа, меняющейся

Д от 0 до — —, где n — показатель и-1 преломления; А — длина волны излучения.

1302233

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в других сферах промышленности, например в металлургической, машиностроительной и текстильной для реализации фокусировки или концентрации монохроматического излучения с высокой плотностью в заданном объеме на требуемой площади при резке металлов, раскрое тканей и т.п.

Известен способ фокусировки монохроматического излучения, основан ный на использовании голограмм в качестве встроенных элементов фокусировки излучения лазера (13, Недостатком данного способа является значительная потеря энергии при фокусировке излучения. При использовании голограмм, помещенных в резонаторе лазера, с выводом энергии за счет дифракции существенно усложняется юстировка лазера и вывод его в режим генерации. Кроме того, в силу сравнительно низкой дифракци-, онной эффективности голограмм, мощность входящего пучка лазера, в котором находится голограмма, значительно больше (в 100 раз) мощности, выводимой из установки. Это может привести к разрушению голограммы, т.е. снижению срока службы установки, в связи с искажением формы заданной поверхности(или объема)в процессе эксплуатации. Другим недостатком является необходимость изготовления объекта (макета, модели), соответствующего данной форме поверхности или объема, при записи голограммы, причем особенно сложно создать объект с нужным распределением свечения по объему,.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому является спо-.. соб фокусировки монохроматического излучения, заключающийся в том, что волновой фронт излучения формируют путем фазовой модуляции волны при помощи фазового элемента Г 2.3.

Однако задача фокусировки решается при помощи фазовых зонных пластинок Френеля, обладающих малым весом, но дающих много фокусов, что снижает их коэффициент полезного действия и ведет к потере мощности излучения. Зонная пластинка также не позволяет варьировать распределение энергии в фокусе.

Й вЂ” диаметр фокусирующего та;

mod — (t) -функция равная

l1 -1

) элеменil

t-k-— --- п-1 если лежит в интервале

55 Л

t ((1с+1) и-1 и-1 т

Варьируя закон изменения рельефа, можно фокусировать излучение в обЦель изобретения — достижение полной концентрации энергии в заранее определенной области пространства с заданным распределением.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу фокусировки монохроматического излучения, заключающемуся в том, что волновой фронт излучения формируют путем фазовой модуляции волны при помощи фазового эле- . мента, волновой фронт излучения направляют различными зонами фазового элемента .в одну или различные области пространства, при этомзакон, по

15 которому осуществляют фазовую модуляцию, описывается кусочно-непрерывной функцией, изменяющейся в диапазоне

Л от Одо —— п-1 где Я вЂ” длина излучения волны; и — показатель преломления фазового элемента.

Для достижения поставленной цели в устройстве для фокусировки монохроматического излучения, выполненном в виде киноформа, на одной или обеих поверхностях его нанесены в зонах непрерывные фазовые профили с высотой рельефа, меняющейся от О до с где n — показатель преломлепв - 1 ния; — длина волны излучения.

Для киноформа, например, расчет показывает, что для фокусировки

З5 излучения в область, близкую к тонкому цилиндру длиной X по оптической оси, следует осуществлять фазовую модуляцию по закону, описываемому уравнением

h(r) = mod — (h

Р

2с(Q 1) (,КР + В.Ю + + 3, де r — расстояние до оптической оси;

4Я

F — параксиальное фокусное расстояние;

4х

130223 е. числовым программным управлением.

Составитель В,Аджалов

Техред Л.Сердюкова.. Корректор М.Пожо

Редактор Н.Тупица

Заказ 1215//46 Тир аж 522 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4

/ пасть нужной формы. В силу кусочнонепрерывного характера рельефа фазового профиля предлагаемый элемент имеет единственный фокус, а значит высокий КПД. 5

Предлагаемый способ может использоваться для получения разреза нуж" ной формы при лазерной резке материалов, для регулирования глубины и формы.проплавления шва при лазерной свар10 ке, для получения отверстий нужной формы, в том числе правильной круговой, при лазерном сверлении отверстий, для равномерного освещения мишени при лазерном управляемом термоядерном синтезе, в гелиоустановках и т.п.

Все перечисленные применения способа основаны на его способности получать нужное, в каждом конкретном случае, распределение энергии

3 4 в рабочей области, т. е. в фокусе излучения, например, в виде конуса, в виде отрезка. прямой, окружности и т.п.

Изготовление оптических элементов с требуемым многоградационным профилем и таким законом изменения фазового пропускания, который необходим для обеспечения требуемого 1 ас" пределения плотности энергии, может осуществляться с помощью устройства вывода изображения на ЭВМ. При. этом рисуется по специальной программе маска с переменной оптической плотностью, затем амплитудный рельеф превращается в фазовый с помощью отбеливания или фотолитографий.

Другим способом изготовления оптических элементов с заданным профилем является использование станков