Устройство для фокусировки лазерного излучения

Устройство для фокусировки лазерного излучения

Реферат

 

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, ₁, ₂ 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.

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: tg tg 2 tg + tg(2-) 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: b₂= Здесь использовано очевидное соотношение x₂ x₁(1+I/f₁) На зеркало 1 падает плоский пучок, поэтому b₁ lim b₁ x₁²/8f₁. = b₂ Приравнивая b₁= b₂ 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^-₁¹+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 ₁ и ₂ Вариации углов на входе _вхопределяют вариации фокуса f на выходе: f _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' Rcos, а в сагиттальной плоскости: R'= R/cos 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.

Формула изобретения

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; ₁₂ 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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5