Устройство для фокусировки лазерного излучения

Авторы патента:

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;

₁

₂ 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

Изобретение относится к навигационной технике, а именно к пеленгаторам, определяющим угловое положение источника света. Устройство определения углового положения источника света содержит четыре одинаковых фотодетектора и электрическую схему. Фотодетекторы воспринимают поток излучения от источника света, попарно противоположно ориентированы относительно продольной оси устройства и также попарно включены в электрическую схему. Детекторы одной пары подключены параллельно и однополярно, а другой - однополярно, но раздельно через переключатель. Способ определения углового положения источника света заключается в одновременной регистрации двух составляющих светового потока с помощью двух пар противоположно ориентированных фотодетекторов и определении по результатам регистрации направления на источник. Для одной пары детекторов определяют четно-симметричную пеленгационную характеристику, а для другой - нечетно-симметричную пеленгационную характеристику, смещенную по оси ординат. Технический результат - снижение массы, размеров и энергопотребления устройства определения углового положения источника света. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Маска // 2578267

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается маски, которая накладывается на чувствительную поверхность сдвоенного пироэлектрического датчика. Маска представляет собой лист, выполненный из блокирующего инфракрасное излучение материала. В маске выполнены сквозные отверстия, сформированные таким образом, чтобы обеспечивать возможность изменения процентных долей соответствующих облученных инфракрасными лучами областей двух пироэлектрических элементов при перемещении источника излучения по двум координатным осям. Отверстия формируют две области апертур. При этом граница одной из областей апертур выступает по направлению, перпендикулярному расположению пироэлектрических элементов дальше, чем граница другой области апертур. Технический результат заключается в увеличении чувствительности и обеспечении возможности регистрации перемещения объекта одновременно по двум координатным осям. 5 з.п. ф-лы. 40 ил.

Способ синтезирования положенной относительной пеленгационной характеристики статического амплитудного датчика фасеточного типа отдалённого источника лучистого потока и устройство, его реализующее // 2610135

Изобретение относится к области приборостроения и касается дальнейшего совершенствования амплитудных датчиков фасеточного типа, участвующих в решении задач навигации, ориентации, стабилизации и положения мобильных объектов по Солнцу или источнику иной интенсивности. Способ разрешает проблему синтеза положенной относительной пеленгационной характеристики датчика, которая определяет позицию энергетического центра отдаленного лучистого источника относительно главной оси прямоугольной системы координат мобильного объекта. Сущность способа заключается в замене пассивных детекторов излучения - фотонных приемников датчика на гибридные пассивные модули, включающие пассивный детектор излучения с фронтально-плоской чувствительной поверхностью и пару тонких светонепроницаемых вертикальных стенок, расположенных по бокам вдоль угловой оси прямоугольной системы координат датчика, синтезировании с помощью гибридных пассивных модулей положенной относительной пеленгационной характеристики. Синтезирование - объединение конкретного набора гибридных модулей, что разрешает оптимизировать измерительные параметры датчика под решаемую задачу. Устройство - датчик (пассивный пеленгатор), реализующее способ, демонстрирует при соответствующем конструктивном и технологическом подходе построения путь получения минимальных значений величин массы, объема и электропотребления. Способ и устройство, реализующее способ, открывают новое направление построения пассивных фотоэлектрических пеленгаторов с обзорными окнами 10-360 градусов, по каждой координате, при минимальной погрешности угловых измерений в них. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

Оптико-электронная система для определения спектроэнергетических параметров и координат источника лазерного излучения инфракрасного диапазона // 2616875

Изобретение относится к области измерительной техники и касается оптико-электронной системы для определения спектроэнергетических параметров и координат источника лазерного излучения. Система включает в себя два оптических канала, матричный фотоприемник, систему охлаждения, регистрирующий, координатный и спектральный блоки. Первый оптический канал включает в себя оптическое устройство с широким углом поля зрения, интерферометр и первый объектив. Второй оптический канал состоит из второго объектива и прозрачной пластины с френелевским отражением, установленной под углом 45° к оптической оси второго объектива. Изображение источника лазерного излучения и формируемая первым оптическим каналом интерферограмма одновременно проецируются на фоточувствительную поверхность фотоприемника. Координатный и спектральный блоки обеспечивают одновременное определение спектроэнергетических параметров и координат источника лазерного излучения по одному видеокадру с изображениями этого источника и интерферограммы. Технический результат заключается в обеспечении возможности одновременного определения спектроэнергетических параметров и координат источника лазерного излучения. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Оптико-электронная система обнаружения объектов // 2639321

Изобретение относится к оптикоэлектронике, пассивной оптической локации и наземным системам обнаружения воздушных объектов и может быть использовано для обнаружения и распознавания малоразмерных воздушных объектов различного типа: беспилотных летательных аппаратов, птиц, воздушных шаров и других объектов, представляющих опасность для воздушного движения. Достигаемый технический результат - повышение эффективности обнаружения и вероятности распознавания воздушных малоразмерных объектов при осуществлении непрерывного кругового обзора контролируемой области пространства, в том числе в сложных метеоусловиях. Указанный результат достигается за счет того, что система содержит блоки электронного и механического сканирования пространства, работающие в двух диапазонах длин волн, выполненные на основе матричных многоэлементных фотоприемных устройств видимого и инфракрасного диапазонов длин волн, а также высокопроизводительные процессоры, обеспечивающие выполнение алгоритмов обработки изображений наблюдаемых областей пространства и быстрого преобразования Фурье в реальном масштабе времени. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.