RU2117322C1

RU2117322C1 - Device for generation of light beams

Info

Publication number: RU2117322C1
Application number: RU96102299A
Authority: RU
Inventors: М.В. Васильев; В.Ю. Венедиктов; А.А. Лещев; П.А. Сергеев
Original assignee: Научно-исследовательский институт лазерной физики Всероссийского научного центра "ГОИ им.С.И.Вавилова"
Priority date: 1996-02-07
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 1998-08-10

Abstract

FIELD: optical instruments, laser equipment. SUBSTANCE: device has coherent light source, concave main mirror, wave edge converter with light divider at its input and two additional optical systems which provide projection of main mirror on itself. Main mirror and members of both additional optical systems are coaxial. Light divider is designed as semi-transparent mirror which covers surface of lens of an additional system. First additional system may be designed as concave mirror, lens and meniscus which convex side is directed towards main mirror. Second additional system may be designed as semi-transparent mirror which covers convex side of meniscus. EFFECT: increased functional capabilities. 2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области квантовой электроники и когерентной оптики и может быть применено в оптическом приборостроении и лазерной технике. The present invention relates to the field of quantum electronics and coherent optics and can be used in optical instrumentation and laser technology.

Известны традиционные оптические устройства для формирования лазерных пучков, основанные на телескопировании их высококачественными телескопами (коллиматорами) (см., например, Б.Н.Бегунов, Н.П.Заказнов. Теория оптических систем. М.: Машиностроение, 488 с). Однако, для формирования пучков большого светового диаметра требуется создание высококачественных объективов, которое с ростом диаметра усложняется из-за трудностей изготовления и поддержания формы оптических деталей большого диаметра. Особо сложные требования приходится выполнять при создании больших поверочных и юстировочных коллиматоров, формируемый которыми волновой фронт должен иметь предельно малые погрешности. Known are traditional optical devices for the formation of laser beams, based on telescoping them with high-quality telescopes (collimators) (see, for example, B.N. Begunov, N.P. Zakaznov. Theory of optical systems. M.: Mechanical Engineering, 488 s). However, the formation of beams with a large light diameter requires the creation of high-quality lenses, which is complicated by an increase in diameter due to difficulties in manufacturing and maintaining the shape of large-diameter optical parts. Particularly complex requirements have to be fulfilled when creating large calibration and alignment collimators, the wavefront formed by which should have extremely small errors.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство, реализующее способ формирования направленных световых пучков с помощью крупногабаритных объективов невысокого оптического качества (М.В.Васильев и др., Изв. АН СССР. Сер. Физическая, т. 55, стр. 260, 1991 г). Closest to the proposed invention is a device that implements a method of forming directional light beams using large lenses of low optical quality (M.V. Vasiliev et al., Izv. AN SSSR. Ser. Physical, vol. 55, p. 260, 1991, )

Это устройство состоит из главного зеркала невысокого оптического качества, устройства обращения волнового фронта (ОВФ) со светоделителем на входе и двух вспомогательных оптических систем, строящих изображение плоскости зрачка зеркального объектива в равном масштабе в плоскостях, оптически сопряженных по отношению к светоделителю на входе устройства ОВФ. Построенное главным зеркалом искаженное изображение объекта или точечного источника когерентного излучения одной из оптических систем направляется в устройство ОВФ, а после ОВФ другой системой - вновь на главное зеркало. При ОВФ волновые аберрации, внесенные погрешностями главного зеркала, меняют знак, вследствие чего при повторном отражении от главного зеркала, которое изображается вспомогательными системами и устройством ОВФ само на себя в единичном масштабе, компенсируются и окончательное изображение или сформированный световой пучок имеют высокое качество. Вспомогательные оптические системы должны иметь высокое оптическое качество. This device consists of a main mirror of low optical quality, a wavefront reversal device (wavefront) with an input beam splitter and two auxiliary optical systems that build an image of the pupil plane of the mirror lens on an equal scale in planes optically conjugated with respect to the beam splitter at the input of the phase conjugation device. The distorted image of an object or a point source of coherent radiation constructed by the main mirror of one of the optical systems is sent to the phase conjugation device, and after the phase conjugation by another system, again to the main mirror. With phase conjugation, the wave aberrations introduced by the errors of the main mirror change sign, as a result of which, upon repeated reflection from the main mirror, which is represented by auxiliary systems and the phase conjugation device on a unit scale, they are compensated and the final image or the generated light beam are of high quality. Auxiliary optical systems must be of high optical quality.

Совмещение изображений в такой системе достигается с помощью системы поворотных зеркал. Это затрудняет юстировку системы. Кроме того, при использовании подобной системы в качестве поверочного коллиматора существенным недостатком является то, что вспомогательные системы содержат большое количество оптических поверхностей, погрешности которых сказываются на точности формируемого волнового фронта. The combination of images in such a system is achieved using a system of rotary mirrors. This makes alignment difficult. In addition, when using such a system as a verification collimator, a significant drawback is that the auxiliary systems contain a large number of optical surfaces, the errors of which affect the accuracy of the generated wavefront.

Целью предлагаемого изобретения является повышение направленности формируемого пучка за счет повышения точности юстировки и снижения количества оптических поверхностей в системе. The aim of the invention is to increase the directivity of the formed beam by improving the alignment accuracy and reducing the number of optical surfaces in the system.

Эта цель достигается тем, что в устройстве для формирования световых пучков, содержащем устройство обращения волнового фронта со светоделителем на входе, а также оптически связанные с ним источник когерентного оптического излучения, вогнутое главное зеркало и две вспомогательные оптические системы, строящие изображения главного зеркала в одном и том же масштабе и в плоскостях, оптически сопряженных по отношению к светоделителю на входе устройства обращения волнового фронта, главное зеркало и элементы обеих вспомогательных систем расположены соосно, а светоделитель выполнен в виде полупрозрачного зеркала, нанесенного на поверхность линзового элемента одной из вспомогательных систем. This goal is achieved by the fact that in a device for generating light beams containing a wavefront reversal device with a beam splitter at the input, as well as a coherent optical radiation source optically coupled to it, a concave main mirror and two auxiliary optical systems constructing images of the main mirror in one and on the same scale and in planes optically conjugated with respect to the beam splitter at the input of the wavefront reversal device, the main mirror and the elements of both auxiliary systems olozheny coaxially, and the beam splitter is formed as a semitransparent mirror deposited on the surface of the lens element of one of the auxiliary systems.

Эта же цель достигается в устройстве по п. 1, в котором первая вспомогательная оптическая система содержит вогнутое зеркало, линзовый компонент и мениск, обращенный выпуклой поверхностью к зеркальному объективу, причем на эту поверхность нанесено полупрозрачное зеркало, составляющее вторую вспомогательную оптическую систему. The same goal is achieved in the device according to claim 1, in which the first auxiliary optical system comprises a concave mirror, a lens component and a meniscus facing a convex surface to a mirror lens, and a translucent mirror is applied to this surface, which constitutes the second auxiliary optical system.

Существенными признаками изобретения, совпадающими с прототипом, являются наличие главного зеркала, ОВФ-зеркала и взаимное расположение элементов с выполнением условия самопроецирования главного зеркала само на себя. The essential features of the invention, which coincide with the prototype, are the presence of the main mirror, phase conjugation mirror and the relative position of the elements with the fulfillment of the conditions for self-projecting the main mirror on itself.

Существенными отличительными признаками изобретения являются соосное расположение оптических элементов и нанесение полупрозрачного зеркала на поверхность линзового элемента. Salient features of the invention are the coaxial arrangement of the optical elements and the application of a translucent mirror to the surface of the lens element.

Наличие новой формы конструктивных элементов, и, следовательно, всего устройства в целом, новых связей между элементами, новое их взаимное расположение в совокупности с целью являются признаками, характеризующими объект как изобретение и его изобретательский уровень. The presence of a new form of structural elements, and, consequently, of the entire device as a whole, of new connections between elements, their new mutual arrangement in combination with the goal, are the features characterizing an object as an invention and its inventive step.

На фиг. 1 представлена оптическая схема устройства, реализующего предлагаемое изобретение, где 1 - точечный источник когерентного излучения, 2 - главное зеркало, 3 - вогнутое зеркало, 4 - линзовый компонент, 5 - вогнутое зеркало, 6 - выпуклое зеркало, 7 - менисковая линза, на выпуклую поверхность которой нанесено полупрозрачное зеркало, 8 - ячейка ОВФ. Ход лучей показан стрелками. In FIG. 1 is an optical diagram of a device that implements the invention, where 1 is a point source of coherent radiation, 2 is the main mirror, 3 is a concave mirror, 4 is a lens component, 5 is a concave mirror, 6 is a convex mirror, 7 is a meniscus lens on a convex the surface of which is coated with a translucent mirror; 8 is a phase conjugation cell. Rays are shown by arrows.

Устройство работает следующим образом. Главное зеркало 2 строит искаженное изображение точечного источника 1. Затем излучение отражается от зеркала 3, проходит через линзу 4, отражается от зеркал 5 и 8 и далее проходит сквозь мениск 7 на ячейку ОВФ 8. Излучение с обращенным волновым фронтом из ячейки 8 отражается от выпуклого зеркала, образованного ближайшей к нему поверхностью мениска 7, и затем коллимируется главным зеркалом 2. Элементы 4, 5, 6 и 7 (как линза) обеспечивают перепроецирование построенного зеркалом 3 изображения зрачка главного зеркала 1 в ту же плоскость, в которой выпуклое полупрозрачное зеркало 7 строит изображение зрачка главного зеркала 1. За счет этого вся система обеспечивает восстановление в обращенном ходе лучей изображения главного зеркала на нем самом в масштабе 1:1, как в устройстве-прототипе. При этом искажения волнового фронта, внесенные погрешностями главного зеркала при первом отражении, в обращенном ходе лучей компенсируются и система формирует высококачественное изображение. The device operates as follows. The main mirror 2 builds a distorted image of the point source 1. Then the radiation is reflected from the mirror 3, passes through the lens 4, is reflected from the mirrors 5 and 8, and then passes through the meniscus 7 to the phase conjugation cell 8. Radiation with a reversed wavefront from the cell 8 is reflected from the convex the mirror formed by the meniscus surface 7 closest to it, and then collimated by the main mirror 2. Elements 4, 5, 6, and 7 (like a lens) ensure that the image of the pupil of the main mirror 1 constructed by mirror 3 is projected onto the same plane in which e semitransparent mirror 7 constructs the image of the pupil of the main mirror 1. In this way the whole system provides recovery in reverse during the main mirror image rays thereon in the scale 1: 1 as in the prior art device. In this case, the wavefront distortions introduced by the errors of the main mirror during the first reflection are compensated in the reverse direction of the rays and the system forms a high-quality image.

На фиг. 2 приведена оптическая схема устройства, реализующего пп. 1,2 предлагаемого изобретения. На фиг: 1 - точечный источник когерентного излучения, 2 - главное зеркало, 3 - вогнутое зеркало, 4 - линзовый компонент, 5 - менисковая линза, на выпуклую поверхность которой нанесено полупрозрачное зеркало, 6 - ячейка ОВФ. Ход лучей показан стрелками. In FIG. 2 shows an optical diagram of a device that implements paragraphs. 1.2 of the invention. In Fig: 1 - point source of coherent radiation, 2 - main mirror, 3 - concave mirror, 4 - lens component, 5 - meniscus lens, on a convex surface of which a translucent mirror is applied, 6 - phase conjugation cell. Rays are shown by arrows.

Устройство работает следующим образом. Главное зеркало 2 строит искаженное изображение точечного источника 1. Затем излучение отражается от зеркала 3, проходит через линзу 4 и проходит сквозь мениск на ячейку ОВФ 6. Излучение с обращенным волновым фронтом из ячейки 6 отражается от выпуклого зеркала, образованного ближайшей к нему поверхностью мениска 5, и затем коллимируется главным зеркалом 2. Элементы 4 и 5 (как линза) обеспечивают перепроецирование построенного зеркалом 3 изображения зрачка главного зеркала 1 в ту же плоскость, в которой выпуклое полупрозрачное зеркало 5 строит изображение зрачка главного зеркала 1. За счет этого вся система обеспечивает восстановление в обращенном ходе лучей изображения главного зеркала на нем самом в масштабе 1:1. При этом искажения волнового фронта, внесенные погрешностями главного зеркала при первом отражении, в обращенном ходе лучей компенсируются и система формирует высококачественное изображение. The device operates as follows. The main mirror 2 builds a distorted image of the point source 1. Then the radiation is reflected from the mirror 3, passes through the lens 4 and passes through the meniscus to the cell phase conjugation 6. Radiation with a reversed wavefront from the cell 6 is reflected from the convex mirror formed by the closest meniscus surface 5 , and then collimated by the main mirror 2. Elements 4 and 5 (like a lens) provide the projection of the image of the pupil of the main mirror 1 constructed by mirror 3 into the same plane in which the convex translucent mirror 5 builds and siderations pupil of the main mirror 1. In this way the whole system provides recovery in reverse during the main mirror image rays thereon in the scale 1: 1. In this case, the wavefront distortions introduced by the errors of the main mirror during the first reflection are compensated in the reverse direction of the rays and the system forms a high-quality image.

Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить направленности формируемого пучка за счет повышения точности юстировки и снижения количества оптических поверхностей в системе. Using the present invention allows to increase the directivity of the formed beam by improving the alignment accuracy and reducing the number of optical surfaces in the system.

Claims

1. A device for generating light beams, containing a source of coherent optical radiation and a concave main mirror, as well as a device for reversing the wavefront with a beam splitter at the input and two auxiliary optical systems that ensure self-projection of the main mirror itself, characterized in that the main mirror and the elements of both auxiliary systems are aligned and the beam splitter is made in the form of a translucent mirror deposited on the surface of the lens element that one of the auxiliary systems.

2. The device according to claim 1, characterized in that the first auxiliary system is made in the form of a concave mirror, a lens component and the meniscus facing a convex surface to the main mirror, and the second auxiliary optical system is made in the form of a translucent mirror deposited on the convex surface of the meniscus.