Способ синтеза лазерного пучка

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и лазерной технике и предназначено для использования в системах обработки информации Способ синтеза лазерного пучка с симметричным относительно оптической оси усредненным распределением интенсивности по сечению заключается в разбиении волнового фронта исходного лазерного пучка на несколько каналов, его статистической фазовой модуляции в пределах каждого канала ансамблем идентичных рассенпатете4, размеры которых одинаковы в пределах каждого капала и отличаются от канала к каналу, и сложении дифракционных полей от всех каналов в дапьней зоне. При этом каждый канал модуляции разбгпают на несколько участков, размеры когорпх не превышают характерных размеров неодно-- родностей в распределении интенсивности по сечению исходного лазерного пучка, а участки всех канапов размещают по апертуре этого пучка случайным образом. Благодаря реализации способа повышается степень усреднения распределения интенсивности в синтези- -3 руемом пучке путем уменьшения влияния распределения интенсивности в исходном пучке. 1 ил. |«ЖВЖЕ %яюо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕС(-!ИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) щ) -С 02 В 27/48

> ,t.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4464041/10 (22) 20.07,88 (46) 15.01.9!. Бюл. К 2 (71) Киевский научно-исследовательский и конструкторский институт периферийного оборудования (72) A.II.Ëîãèíîâ, A.Ô.11ëeâàêo, А.В.Гнатовский и II.Б.Медведь (53) 535.8(088.8) (56) Патент 1>еликобритл пи !! 1549613, кл, С 02 I> 27/00, опублик.

1979.

Коваленко H.È, Разработки и иссле дование метода внерезоплторного преобразования пространственных характе-, р ристик частично когерентных лазерных пучков. Автореф.дис.канд.физ.мат.пав ук. Киев, 1986, с.12. (54) СПОСОБ СИНТГЗЛ ЛЛЗВР!10ГО Пу>(КА (57) Изобретение относится к оптическому приборостроении и лазерной технике и предназначено для использова— ния в системах обработки информации. Способ синтеза лазерного пучка с симИзобретение относится к оптическо" му приборостроению и лазерной технике и предназначена для использования в системах оптической обработки информации.

Цель изобретения — повышение степени усреднения распределения интенсивности в синтезируемом пучке путем уменьшения влияния распрецеления ин.тенсивности в исходном пучке. метричным относительно оптической оси усредненным распределением интепспвности по сечению заключается в разбиении волнового фрон à исходного лазерного пучка ня несколько каналов, его статистической флзовой модуляции D I..peделах каждого кяплля ансамблем идентичных рассепвлтелей, размеры которых одинаковы в ItpQ7lc. Iëõ каждого канала и отличаются от клнлла к каналу, и сложении дифрлкционпы., полей от всех каналов в дальней эонс. 1!ри этом каждый .клнял модуляции разбивают на несколько участков, рлэмеры которых не превышают::ярлктср рлэмсров неодно-.родностей в распределении интенсивности по сечению исходного лазерного пучка, а участки всех каналов !хязмешают по апертуре этого пучка случайнь|м образом. Г>ллгодаря реллпэлцпи способа повышается степень усреднения распределения интенсивности в синтезируемом пучке путем уменьшения влияния распределения интенсивности в исходном пучке. 1 ил.

На чертеже йриведепя оптическая схе.ма устройства, реализующего предлагаемый способ. а

В матрице изображена структура статистического фазового преобразователя, содержащего пять каналов модуляции и рассчитан для формирования усредненного равномерного распределения интенсивности, Эти каналh>! 620974 условно разбиты на !00 участков, .в которых указывают HQMep канала, участки имеют форму квадратов, цифры которому данный участок относится, 30

Способ синтеза лазерного пучка с симметричным относительно оптической оси усредненным распределением интенсивности по сечению заключается в раз-,З5 биении волнового фронта исходного лазерного пучка на несколько каналов, его статистической фазовой модуляции в пределах каждого канала ансамблем идентичных рассеивателей, размеры ко- щ . торых одинаковы в пределах каждого канала и отличаются от канала к каналу, и сложении дифракционных полей от всех каналов в дальней зоне. При этом каждый канал модуляции разбивают на несколько участков, размеры которых не превышают характерных размеров неоднородностей в распределении интенсивности по сечению исходного лазерного пучка, а участки всех каналов размещают в апертуре этого пучка .случайным образом.

Сущность способа заключается в следующем е

55 !, Сечение исходного лазерного пучка разбивают на несколько каналов и в пределах каждого канала его волновой фронт статистически модулируют по фазе ансамблем рассеивателей. В пределах каждого канала рассеиватели должны быть идентичными и их средняя плотность по сечению постоянна; между собой каналы отличаются относительными площадями, размерами рассеивателей и плотностью их упаковки ° Каждый канал формирует в дальней зоне дифракциойное поле, определяемое формой и размерами рассеивателей в этом канале; удельная интенсивность этого дифракционного поля определяется относительной площадью данного канала, Требуемое распределение интенсивности в дальней зо- не синтезируется при сложении дифракционных полей от всех каналов, на которые разбита апертура исходного лазерного пучка, путем варьирования относительными площадями каналов и размерами рассеивателей, определяющих масштаб дифкракционных картин. Влияние неоднородностей в распределении интенсивности в исходном пучке уменьшается тем, что каждый канал дополнительно разбивают на участки, которые располагают случайным образом по апертуре исходного пучка.,1ффект достигается!

620974 тем Jló÷øå, чем ня большее число участкон разбивают каналы. Критерием такого разбиения может служить требование, согласно которому интенсивность света в пределах одного участка должна изменяться незначительно (т.Р,, быть практически постоянной), что возможна лишь в том случае, если размеры участков не превышают минимальные размеры характерных неоднородностей ин-, тенсивности в исходном пучке (например, модовых пятен). На практике «елесообразно участки делать значительно меньшими по сравненин с характерными неоднородностями н распределении интенсивности н исходном пучке (в !

О раз и более).

В результате дополнительного раэ— биения каналов ня участки каждый ка— нал (при достаточно большом числе участков) оказывается равномерно раз— мещенным по апертуре. исходного пучка.

Участки каждого канала формируют одну и ту же дифрякционнув картину, являющуюся составной частью сггнтезируемого пучка, При большом числе участков для каждого канала не будет наблюдаться выпадения какого-либо хяняля из процесса синтеза пучка, тяк как при флуктуациях интенсивности н исходном пучке всегда больш.ая часть участков данного канала в среднем окажется одинаково освещенной, Для реализации способа излучение лазера 1 коллимируется оптической системой 2, после чего направляется на статистический фазовый преобразо ватель (СФП) 3 (чертеж). В качестве примера приведен СФП, содержащий 5 каналов SO-S, которые отличаются площадями и размерами рассеивателей.

Канал Я -диффузно рассеивающий, остальные каналы представляют собой бинарные фазовые трансйяранты с двумя градациями фазы 0 и, причем площади постоянной фазы равны. Рассеиватели на.участках S -S4 имеют круглую форму и расположены по сеченив, не пере° крываясь.

Дифракционная картина в канале S о имеет гауссову огибающую, а дифракционные картины в канале S1-S4, имеют кольцевые формы, диаметр которых (по максим.му интенсивности) определяется соотношением:

S = ь1;я (2) где

Фо р му л а и з о б р е т е н и я

D 2,5Я f/d, (1) где 9 — - диаметр кольцевой дифракционной картины; длина волны исходного лазерного пучка;

f — фокусное расстояние линзы ч, . формирувщейг дифракционную картину Фраунгофера, наблюдаемую в плоскости 5;

d — размер ряссеинятелей в данном канале.

10 Площади каналов S0-S и размеры рассеинателей подобраны таким образом, что синтеэируемое распределение интенсивности в плоскости 5 имеет равномерный участок круглой формы, 1S Устранение влияния структуры исходного пучка достигается путвм раэ— биения каналов модуляции на участки.

При этом число участков для каждого канала выбирается независимо от остальных каналов, размеры участков также могут отличаться. Но возможно и такое разбиение, когда нсе участки будут одинзканьгми. В этом слу— чяе необходимые расчетные площади каналов набираются необходимым числом учясткбн

S площадь 1 го канала номер канала;

N — число участков н i-nM ка—

1 нале;

S> — площадь участка.

Способ разбиения каналов на учяст35 ки и конкретная реализация рaçìåï1åíèÿ каналов по апертуре исходного пучка не влияют на сиитезируемае распределение иггтенсиннос.ти и дальней эопе («JlAcKocTH 5), 40 н частной реализации спекл-фона в дифракционной каптине. который может быть устранен одним из известных способов (например, переме1г1ением СФП от носительно исходного пучка). Это сле45 дует из тога факта, что интерференция

Ф двух (и более) случайных полей также является случайным полем, причем огибающая интерференционной картины определяется как сумма огибающих интенсивности слагаемых полей, которые в свою очередь определяются только размерами и формой рассеивателей.

Способ синтеза лазерного пучка с симметричным. относительно оптической оси усредненным распределением интенсивности по сечению, заключающийся н

7. 1620974 8

Составитель В. Кравченко .

Техред. И.Дидык Корректор Н.Король

Редактор Т. Парфенова

Заказ 4245 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101 разбиении волнового фронта исходного лазерного пучка на несколько каналов, его статической фазовой модуляции в пределах каждого канала системой иден-, .5 тичных рассеивателей, размеры которых одинаковы в пределах каждого канала и отличаются от канала к каналу, и сложенин дифракционных йолейь от всех каналов в дальней зоне, о т л и ч а ю — 10 шийся тем, что, с целью повыше- ния степени усреднения распределения интенсивности в синтеэируемом пучке путем уменьшения влияния распределения интенсивности в исходном пучке, каждый канал Модуляции разбивают на несколько участков, размеры которых не превышают характерных размеров неоднородностей в распределении интенсивности по сечению исходного лазерно" го пучка, а участки всех каналов размещают по апертуре этого пучка случайным образом.