Устройство для совмещения световых пучков

 

Использование: в лазерной технике, в частности при юстировке сложных оптических систем. Сущность: в устройство совмещения световых пучков, содержащее два лазера (один основной, другой вспомогательный), два коррекционных элемента, линзу, два позиционно-чувствительных фотоприемника, один из которых установлен в фокальной, а другой - в предметной плоскости линзы, и устройство управления, с которым связаны оба коррекционных элемента и оба фотоприемника, введены два дополнительных коррекционных элемента, один из которых установлен перед линзой в параллельном ходе лучей, а другой - в сходящемся пучке перед фотоприемником, установленным в фокальной плоскости линзы, причем каждый из дополнительных коррекционных элементов также связан с устройством управления. Дополнительные коррекционные элементы по командам с устройства управления осуществляют автоматическое наведение основного пучка на центры фотоприемников, один из которых обеспечивает угловое, а другой - апертурное наведение. Затем на центры этих же фотоприемников наводится излучение вспомогательного лазера (коррекционными элементами по командам с устройства управления), в результате чего световые пучки оказываются совмещенными. 1 ил.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в лазерной технике, в частности при юстировке сложных оптических систем. Известно устройство, реализующее способ определения оси лазерного излучения для невидимого оптического излучения, содержащее два лазера, один из которых видимого оптического диапазона, а другой - невидимого, коррекционный элемент, сферическое зеркало и видеопреобразующий экран. Излучение обоих лазеров фокусируют сферическим зеркалом на видеопреобразующий экран, где осуществляют визуальный контроль за взаимным положением световых пятен. Изменяя с помощью коррекционного элемента направление оптической оси видимого лазерного пучка (направление оптической оси невидимого пучка остается неизменным), осуществляют наложение друг на друга пятен, получаемых от видимого и видеопреобразованного невидимого лазерных пучков, тем самым осуществляя совмещение направлений оптических осей видимого и невидимого лазерных пучков. Недостатками данного устройства являются отсутствие апертурного совмещения оптических осей совмещаемых пучков и необходимость визуального контроля за положением световых пятен на экране. Наиболее близким техническим решением является устройство совмещения световых пучков, применяемое на установке "Дельфин". Данное устройство содержит два лазера, один из которых является основным, а другой - вспомогательным, два коррекционных элемента, линзу, два позиционно-чувствительных фотоприемника, один из которых установлен в фокальной, а другой - в предметной плоскости линзы, и устройство управления, с которым связаны оба коррекционных элемента и оба фотоприемника. Положение основного пучка является неизменным, а положение вспомогательного можно изменять. Положение вспомогательного пучка относительно основного регистрируют двумя позиционно-чувствительными фотоприемниками, определяющими положение центра тяжести светового пятна относительно центра фотоприемника. Один фотоприемник регистирует угловое положение вспомогательного пучка, а другой - апертурное. Для "запоминания" положения основного пучка фотоприемники предварительно устанавливают таким образом, чтобы энергетические центры тяжести световых пятен основного пучка были совмещены с центрами фотоприемников. Эта операция осуществляется вручную и должна выполняться с большой точностью (порядка единиц микрометров). Завершается совмещение световых пучков автоматическим наведением вспомогательного пучка на центры фотоприемников. Данная операция осуществляется с помощью коррекционных элементов по сигналам с блока управления, в результате чего вспомогательный пучок совмещается с основным. Недостатком данного устройства является необходимость ручной юстировки фотоприемников по основному пучку, в результате чего значительно увеличивается трудоемкость и время выполнения операции совмещения световых пучков, поскольку юстировать фотоприемники необходимо с точностью порядка единиц микрометров. Цель изобретения - уменьшение трудоемкости и времени выполнения операции совмещения световых пучков путем автоматизации процесса наведения основного пучка на центры фотоприемников. Указанная цель достигается тем, что в устройство совмещения световых пучков, содержащее два лазера, два коррекционных элемента, линзу, два позиционно-чувствительных фотоприемника, один из которых установлен в фокальной, а другой - в предметной плоскости линзы, и устройство управления, с которым связаны оба коррекционных элемента и оба фотоприемника, введены два дополнительных коррекционных элемента, один из которых установлен перед линзой в параллельном ходе лучей, а другой в сходящемся пучке перед фотоприемником, установленным в фокальной плоскости линзы, причем каждый из дополнительных коррекционных элементов также связан с устройством управления. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного тем, что в него введены два дополнительных коррекционных элемента, причем каждый из них связан с устройством управления. Известны технические решения, где используются коррекционные элементы, связанные с устройством управления (например, в прототипе). Однако при введении их в указанные связи с другими элементами схемы они проявляют новые свойства, что приводит к уменьшению трудоемкости и времени выполнения операции совмещения световых пучков. На чертеже показана оптическая схема устройства. Она состоит из основного 1 и вспомогательного 2 лазеров, позиционно-чувствительных фотоприемников 3 и 4, линзы 5, откидного управляемого зеркала 6, трех коррекционных пластин 7-9, устройства управления 10 и зеркала 11. Устройство совмещения световых пучков работает следующим образом. При выведенном из тракта зеркале 6 излучение основного лазера 1 приходит на фотоприемники 3 и 4. Фотоприемник 3, установленный в фокальной плоскости линзы 5, регистрирует угловое положение пучка, а фотоприемник 4, установленный в предметной плоскости линзы 5, апертурное. По сигналам с фотоприемников 3 и 4 устройство управления 10 выдает команды коррекционным пластинам 7 и 8, поворачивая их таким образом, чтобы излучение основного лазера 1 попадало в центры фотоприемников 3 и 4. Тем самым осуществляют предварительное автоматическое наведение основного пучка на центры позиционно-чувствительных фотоприемников 3, 4. Затем в тракт вводят управляемое зеркало 6 и на фотоприемники 3 и 4 приходит излучение вспомогательного лазера 2. По сигналам с них устройство управления 10 выдает команды управляемому зеркалу 6 и коррекционной пластине 9, поворачивая их таким образом, чтобы излучение вспомогательного лазера 2 попадало в центры фотоприемников 3 и 4. В результате пучки основного и вспомогательного лазеров оказываются совмещенными. Для дальнейшей работы зеркало 11 выводится из тракта. Изготовлен макет, на котором возможна реализация как известного, так и заявляемого устройств совмещения световых пучков. В качестве основного применяется гелий-неоновый лазер ЛГ-38, а в качестве вспомогательного - твердотельный лазер ЛТИ-706. Испытания, проведенные на макете, показатели, что для получения высокой точности совмещения (угловой -1", апертурной - 100 мкм) необходимо совмещать центры тяжести световых пятен основного пучка с центрами фотоприемников с точностью порядка единиц микрометров, что при использовании известного устройства занимает 3-5 мин и требует присутствия оператора около фотоприемников, а при использовании заявляемого устройства занимает 10-30 с и выполняется автоматически. Таким образом, применение предлагаемого устройства уменьшает время и трудоемкость операции совмещения световых пучков.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОВМЕЩЕНИЯ СВЕТОВЫХ ПУЧКОВ, содержащее два лазера, два коррекционных элемента с приводами перемещения, линзу, два позиционно-чувствительных фотоприемника, один из которых установлен в фокальной, а другой - в предметной плоскости линзы, и устройство управления, с которым кинематически связаны приводы перемещения обоих коррекционных элементов и электрически соединены оба фотоприемника, отличающееся тем, что, с целью уменьшения трудоемкости и времени совмещения, в него введены два дополнительных коррекционных элемента с приводами перемещения, один из которых установлен перед линзой в параллельном ходе лучей, а другой - в сходящемся пучке перед фотоприемником, установленным в фокальной плоскости линзы, причем приводы перемещения дополнительных коррекционных элементов кинематически связаны с устройством управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1