Лазерный блок

Авторы патента:

H01S3/101 - лазеры, имеющие средства для изменения направления распространения излучения и места, из которого производится эмиссия излучения (оптические сканирующие системы вообще G02B 26/10; электрооптическое, магнитооптическое или оптико-акустическое отклонение излучений G02F 1/29)

G02B26/08 - для управления направлением света (в световодах G02B 6/35)

Владельцы патента RU 2602398:

Афанасьев Максим Яковлевич (RU)
Федосов Юрий Валерьевич (RU)

Лазерный блок содержит расположенные на одной оптической оси источник лазерного излучения, вход управления питанием которого образует первый управляющий вход лазерного блока, средство оптической фокусировки и оконечный элемент, а также фотодетектор, выход которого образует информационный выход лазерного блока. Фотодетектор установлен вблизи средства оптической фокусировки с возможностью регистрации лазерного излучения, которое отражается от его компонентов - фильтра и собирающей линзы. Между источником лазерного излучения и средством оптической фокусировки введено зеркало, выполненное таким образом, что в одном своем устойчивом положении обеспечивает прямое прохождение лазерного излучения в оконечный элемент, а в другом - его отклонение в оптическую ловушку. Вход средства управления направлением излучения образует второй управляющий вход лазерного блока. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей по управлению лазерным излучением при упрощении измерительной части лазерного блока. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к лазерному оборудованию и может быть использовано в технологических процессах, системах передачи данных, измерительной технике и других областях, где требуется применение управляемого лазерного воздействия.

Известны лазерные блоки, в которых осуществляется оценка интенсивности лазерного излучения и последующее его управление. Например, в патентных документах: [1] - ЕР 0674965 A1, B23K 26/03, B23K 26/02, опубл. 04.10.1995, [2] - DE 102007053632 A1, B23K 26/42, G01J 1/42, G01J 4/00, опубл. 20.05.2009, [3] - DE 102009052762 А1, B23K 26/42, опубл. 12.05.2011, представлены лазерные блоки технологических установок, в которых лазерный луч, поступающий от источника лазерного излучения, отклоняется полупрозрачным зеркалом, затем фокусируется с помощью оптических элементов и направляется на обрабатываемую поверхность. Отраженный от этой поверхности рассеянный свет проходит в обратном направлении через оптические элементы и полупрозрачное зеркало, фокусируется и поступает на фотодетектор. Выходной сигнал фотодетектора далее используется либо просто для контроля интенсивности лазерного излучения, либо для формирования сигналов управления лазерным излучением, которое осуществляется путем воздействия на источник лазерного излучения, как правило, путем отключения его питания при превышении определенного порогового значения выходного сигнала фотодетектора.

Наиболее близким к заявляемому блоку по своему построению является лазерный блок, представленный в патенте США: [4] - US 4154529, G01D 3/36, опубл. 15.05.1979 (Fig. 1), принятый в качестве прототипа.

Блок-прототип содержит расположенные на одной оптической оси источник лазерного излучения, вход управления питанием которого образует управляющий вход лазерного блока, первое средство оптической фокусировки и оконечный элемент, представляющий собой оптоволокно, предназначенное для вывода лазерного излучения к объекту-потребителю и ввода отраженного от него излучения. Между источником лазерного излучения и первым средством оптической фокусировки располагается стационарное наклонное зеркало с отверстием для прохождения прямого излучения от источника лазерного излучения, обеспечивающее отклонение поступающего в обратном направлении отраженного от объекта-потребителя излучения. При этом в тракте отраженного излучения, входящем в измерительную часть блока, после указанного зеркала располагается второе средство оптической фокусировки и фотодетектор, выход которого образует информационный выход блока.

Блок-прототип работает следующим образом. Лазерное излучение, сформированное источником лазерного излучения, проходит в прямом направлении через отверстие в наклонном зеркале, далее фокусируется с помощью первого средства оптической фокусировки и поступает на оконечный элемент. С этого же оконечного элемента в обратном направлении поступает отраженное излучение, которое отклоняется с помощью наклонного зеркала, далее фокусируется с помощью второго средства оптической фокусировки и поступает на вход фотодетектора. Фотодетектор формирует на своем выходе информационный сигнал, характеризующий интенсивность отраженного излучения, а также, через пересчетный коэффициент, интенсивность прямого излучения. Этот сигнал, как и в аналогах [1]-[3], может использоваться либо просто для контроля интенсивности лазерного излучения (прямого и отраженного), либо для формирования сигнала для управления лазерным излучением, которое осуществляется путем воздействия на источник лазерного излучения, а именно, путем отключения его питания при превышении определенного порогового значения выходного сигнала фотодетектора.

Общим для прототипа [4] и рассмотренных выше аналогов [1]-[3] является то, что реализация измерительной части блока осуществляется с помощью оптических элементов, что усложняет конструкцию блока. Другим недостатком является то, что средства блока позволяют осуществлять управление лазерным излучением только путем воздействия на сам источник лазерного излучения, что не всегда удобно по условиям эксплуатации.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является расширение функциональных возможностей по управлению лазерным излучением при упрощении измерительной части лазерного блока.

Сущность изобретения заключается в следующем. Лазерный блок содержит расположенные на одной оптической оси источник лазерного излучения, вход управления питанием которого образует первый управляющий вход лазерного блока, средство оптической фокусировки и оконечный элемент, а также фотодетектор, выход которого образует информационный выход лазерного блока. В отличие от прототипа, между источником лазерного излучения и средством оптической фокусировки введено средство управления направлением излучения, выполненное таким образом, что в одном своем устойчивом положении обеспечивает прямое прохождение лазерного излучения в оконечный элемент, а в другом - его отклонение в оптическую ловушку, а фотодетектор установлен вблизи средства оптической фокусировки с возможностью регистрации только той части лазерного излучения, которая отражается от компонентов средства оптической фокусировки. При этом вход средства управления направлением излучения образует второй управляющий вход лазерного блока.

В случае, имеющем практическое значение, средство оптической фокусировки содержит расположенные на одной оптической оси фильтр и собирающую линзу, а средство управления направлением излучения выполнено в виде подвижного зеркала, линейно перемещающегося в направляющих на подшипниках скольжения, приводимого в движение электроприводом, управляющий вход которого образует вход средства управления направлением излучения.

Сущность изобретения и возможность его реализации поясняются структурной схемой лазерного блока.

Заявляемый лазерный блок в рассматриваемом примере выполнения содержит расположенные на одной оптической оси источник 1 лазерного излучения, вход управления питанием которого образует первый управляющий вход лазерного блока, средство 2 оптической фокусировки, состоящее из двух компонентов - фильтра 3 и собирающей линзы 4, и оконечный элемент 5, представляющий собой, как и в прототипе, оптоволокно, предназначенное для вывода лазерного излучения к объекту-потребителю.

Источник 1 лазерного излучения представляет собой твердотельный лазер с диодом накачки и средством питания, управляющий вход которого образует вход управления питанием источника 1 лазерного излучения.

Фильтр 3 представляет собой прозрачную пластинку, выполненную, например, из сине-зеленого стекла СЗС22 и предназначен для исключения излучения посторонних спектров, например, инфракрасного излучения от диода накачки твердотельного лазера.

Собирающая линза 4 предназначена для фокусирования лазерного излучения на входе оконечного элемента 5, т.е. на торце оптоволокна.

Между источником 1 лазерного излучения и средством 2 оптической фокусировки располагается средство 6 управления направлением излучения, выполненное таким образом, что в первом своем устойчивом положении обеспечивается прямое прохождение лазерного излучения через средство 2 оптической фокусировки в оконечный элемент 5, а во втором - его отклонение в оптическую ловушку 7, при этом вход средства 6 управления направлением излучения образует второй управляющий вход лазерного блока.

Конструктивно средство 6 управления направлением излучения может быть выполнено, например, в виде подвижного зеркала, линейно перемещающегося в направляющих на подшипниках скольжения, приводимого в движение электроприводом, управляющий вход которого образует вход средства 6 управления направлением излучения.

Оптическая ловушка 7 предназначена для поглощения светового излучения и представляет собой поверхность определенной геометрической формы, такой, что падающее на нее излучение не отражается от нее. Подобные ловушки описаны, например, в патентах: [5] - ЕР 2602645 B1, G02B 5/00, опубл. 26.03.2014, [6] - US 4864098, B23K 27/00, опубл. 05.09.1989, [7] - US 7374298 В2, G02B 27/00, опубл. 20.05.2008.

Лазерный блок в своей измерительной части содержит фотодетектор 8, выход которого образует информационный выход лазерного блока. Фотодетектор 8 установлен вблизи средства 2 оптической фокусировки с возможностью регистрации только той части лазерного излучения, которая отражается от компонентов 3 и 4 средства 2 оптической фокусировки.

Работа лазерного блока происходит следующим образом.

До включения источника 1 лазерного излучения (до включения его средства питания) на выходе фотодетектора 8, т.е. на информационном выходе лазерного блока, отсутствует информационный сигнал и средство 6 управления направлением излучения находится в своем первом устойчивом положении.

Включение источника 1 лазерного излучения осуществляется путем подачи на его вход управления питанием (первый управляющий вход лазерного блока) соответствующего сигнала включения. После включения источника 1 лазерного излучения на его выходе формируется лазерное излучение, которое поступает на вход средства 2 оптической фокусировки, проходит в нем через фильтр 3 и собирающую линзу 4 и далее поступает в оконечный элемент 5. Часть этого излучения, частично отражающегося от указанных компонентов 3 и 4 средства 2 оптической фокусировки, регистрируется (фиксируется) фотодетектором 8. На выходе фотодетектора 8 формируется сигнал, характеризующий интенсивность отраженного излучения. Этот сигнал прямо зависит от интенсивности лазерного излучения, формируемого источником 1.

Сформированный фотодетектором 8 сигнал может использоваться либо просто для контроля интенсивности лазерного излучения, либо для формирования на его основе сигналов для управления лазерным излучением, которое осуществляется с помощью внешних по отношению к заявляемому лазерному блоку средств (на структурной схеме не показаны).

Предлагаемое управление лазерным излучением в заявляемом лазерном блоке осуществляется путем подачи внешнего управляющего сигнала, сформированного на основе выходного сигнала фотодетектора 8, на вход средства 6 управления направлением излучения (второй управляющий вход лазерного блока). Под воздействием этого управляющего сигнала средство 6 управления направлением излучения переводится во второе устойчивое положение, при котором осуществляется отклонение лазерного излучения в оптическую ловушку 7. При этом обеспечивается практически мгновенное снятие излучения с оконечного элемента 5.

При необходимости, в зависимости от эксплуатационных требований, может быть осуществлено также выключение самого источника 1 лазерного излучения путем подачи соответствующего сигнала отключения, сформированного на основе выходного сигнала фотодетектора 8, на вход управления питанием источника 1 лазерного излучения (первый управляющий вход лазерного блока).

Возможность формирования в лазерном блоке предложенной конструкции выходного информационного сигнала, достаточного для осуществления контроля интенсивности лазерного излучения и формирования на его основе сигналов управления лазерным излучением, подтверждается экспериментом, проведенном на кафедре Прикладной и компьютерной оптики Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики. Так, в ходе этого эксперимента излучение от лазерного модуля LSR445NL-1W, проходящее через пластинку из сине-зеленого стекла СЗС22 толщиной 1 мм, регистрировалось расположенным рядом с пластинкой датчиком (фотодетектором), в роли которого выступала компактная солнечная батарея SC3030S-3NA, при этом разность потенциалов на контактах датчика, контролируемая комбинированным прибором UT30D, составила 1,22 В. Такой уровень сигнала достаточен для осуществления контроля интенсивности лазерного излучения и формирования на его основе сигналов управления лазерным излучением.

Таким образом, рассмотренное показывает, что изобретение осуществимо и дает технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей по управлению лазерным излучением при упрощении измерительной части лазерного блока.

Источники информации

1. ЕР 0674965 A1, B23K 26/03, B23K 26/02, опубл. 04.10.1995.

2. DE 102007053632 A1, B23K 26/42, G01J 1/42, G01J 4/00, опубл. 20.05.2009.

3. DE 102009052762 А1, B23K 26/42, опубл. 12.05.2011.

4. US 4154529, G01D 3/36, опубл. 15.05.1979.

5. ЕР 2602645 B1, G02B 5/00, опубл. 26.03.2014.

6. US 4864098, B23K 27/00, опубл. 05.09.1989.

7. US 7374298 В2, G02B 27/00, опубл. 20.05.2008.

1. Лазерный блок, содержащий расположенные на одной оптической оси источник лазерного излучения, вход управления питанием которого образует первый управляющий вход лазерного блока, средство оптической фокусировки и оконечный элемент, а также фотодетектор, выход которого образует информационный выход лазерного блока, отличающийся тем, что между источником лазерного излучения и средством оптической фокусировки введено средство управления направлением излучения, выполненное таким образом, что в одном своем устойчивом положении обеспечивает прямое прохождение лазерного излучения в оконечный элемент, а в другом - его отклонение в оптическую ловушку, а фотодетектор установлен вблизи средства оптической фокусировки с возможностью регистрации только той части лазерного излучения, которая отражается от компонентов средства оптической фокусировки, при этом вход средства управления направлением излучения образует второй управляющий вход лазерного блока.

2. Лазерный блок по п. 1, отличающийся тем, что средство оптической фокусировки содержит расположенные на одной оптической оси фильтр и собирающую линзу.

3. Лазерный блок по п. 1, отличающийся тем, что средство управления направлением излучения выполнено в виде подвижного зеркала, линейно перемещающегося в направляющих на подшипниках скольжения, приводимого в движение электроприводом, управляющий вход которого образует вход средства управления направлением излучения.

Похожие патенты:

Лазер со сканированием пучка // 2481681

Изобретение относится к лазерной технике. .

Сканирующий лазер // 2402125

Изобретение относится к области квантовой электроники и лазерно-оптических систем. .

Способ получения одиночных пикосекундных импульсов лазерного излучения // 1414265

Устройство для получения цветных интегральных // 398918

??сесоюзн-^ // 366361

Усовершенствованное вспомогательное устройство гибки // 2598392

Изобретение относится к области космических телескопов с мембранным зеркалом. Заявленное вспомогательное устройство гибки содержит средства накрутки само на себя, такими средствами являются один или два прямолинейных круговых цилиндра, называемых бобинами, вокруг которых оно может быть обернуто, при этом эти бобины представляют собой текстильные цилиндры, находящиеся под давлением газа, при этом ткань бобин имеет непереплетаемые нити в направлении длины и в направлении окружности.

Спектрометр с регулируемым дефлектором для управления выравниванием рассеянного света на детекторе, предназначенный для оптической когерентной томографии // 2589505

Изобретение относится к области спектроскопии и касается спектрометра с регулируемым дефлектором. Спектрометр включает в себя спектрально рассеивающий оптический элемент для спектрального рассеивания принимаемого света, рычажно-оптический регулируемый дефлектор для регулируемого отклонения спектрально рассеянного света и детекторную матрицу для приема спектрально рассеянного и регулируемо отклоняемого света.

Оптико-механическая система // 2583163

Оптико-механическая система содержит плоское отражающее зеркало, установленное с возможностью изменения своего положения под действием механизма перемещения таким образом, что в одном устойчивом положении обеспечивается прохождение светового луча от источника излучения в выходное окно, а в другом - его отклонение в ловушку.

Последовательный датчик волнового фронта с большим диоптрийным диапазоном, предоставляющий информацию в реальном времени // 2573179

Последовательный датчик волнового фронта большого диоптрийного диапазона для коррекции зрения или выполнения оценочных процедур включает в себя устройство для сдвига волнового фронта и выборки волнового фронта.

Офтальмологическая линза с переменной оптической силой // 2557372

Офтальмологическая линза содержит переднюю и заднюю изогнутые линзы. Каждая из линз имеет дугообразную форму и расположена в непосредственной близости относительно другой линзы, образуя полость между ними.

Жидкостные менисковые линзы, включающие диэлектрическое покрытие с переменной толщиной // 2557356

Оптическая линза содержит переднюю линзу и заднюю линзу, размещенную в непосредственной близости к передней линзе так, что внутренние поверхности передней и задней линз формируют между собой полость.

Устройство управления направлением луча и светоизлучающее устройство // 2508562

Устройство содержит первый (46) и второй (47) оптические элементы. Второй оптический элемент (47) расположен таким образом, что его первая поверхность обращена ко второй поверхности первого оптического элемента.

Устройство для коррекции оптических дефектов зеркала телескопа // 2502099

Предложены устройство для изменения формы оптической поверхности и зеркало телескопа. Устройство для изменения формы оптической поверхности содержит элемент с регулируемой длиной и средства контроля длины этого элемента.

Микросистема оптического излучения // 2501052

Изобретение относится к области оптики и может быть использовано в устройствах и системах для отклонения пучка квазимонохроматического оптического излучения по двум пространственным направлениям, создания плоских изображений с помощью пучка квазимонохроматического оптического излучения, изменения и переключения изображений.

Осветительное устройство с отражающим электроактивным полимерным приводом // 2488035

Изобретение относится к области осветительных устройств и осветительных модулей, содержащих осветительный элемент в качестве источника света. .

Пьезоэлектрический двухкоординатный однозеркальный оптический дефлектор // 2606520

Изобретение относится к оптике, в частности, к оптическим устройствам для управления положением и направлением оптических лучей в пространстве и может найти применение в оптических информационно-измерительных системах. Пьезоэлектрический двухкоординатный однозеркальный оптический дефлектор состоит из корпуса, зеркала в оправе, двух подвесов, среднего основания, исполнительных приводов, подпятников, толкателей, датчиков и системы управления. Первый подвес выполнен в виде плоской торсионной пружины, один конец которой закреплен на оправе с зеркалом, другой на среднем основании, второй подвес также выполнен в виде плоской торсионной пружины, один конец которой закреплен на среднем основании, другой на корпусе. Второй подвес расположен перпендикулярно к первому подвесу. Техническим результатом является упрощение конструкции при сохранении быстродействия, точности при отработке углов отклонения зеркала, надежности, а также уменьшение массы и габаритов устройства. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Масштабируемые оптические коммутаторы и модули коммутации // 2608300

Заявленная группа изобретений относится к масштабируемой системе оптических коммутаторов на основе оптического коммутационного устройства, которые конструируются в модульной форме для расширения системы коммутатора с целью достижения необходимой возможности коммутации для системы оптической связи, а также к оптическим сетям, включающим расширяемую модульную оптическую возможность коммутации. Заявленная группа изобретений включает устройство оптической коммутации с соединениями расширения, расширяемое устройство оптического коммутатора, оптическую кольцевую сеть и узел коммутации оптической сети. Причем устройство оптической коммутации с соединениями расширения содержит фотонную интегральную схему, где фотонная интегральная схема содержит N входных оптических портов, где N>1, входной световой путь, связанный с каждым входным портом, M оптических выходных портов, где M ≥ 1, выходной световой путь, связанный с каждым выходным портом, обходной блок оптического коммутатора, связанный с каждым выходным портом, P входных портов расширения, где P ≥ 1, световой путь расширения, связанный с каждым входным портом расширения и соединенный со связанным обходным блоком коммутатора, несколько элементов оптической коммутации и связанных световых путей, формирующих сеть соединений между входными световыми путями и обходным блоком коммутатора, связанным с выходным световым путем. Технический результат заключается в предоставлении средств поддержки линейного расширения интегральных массивов и модулей оптической коммутации и обеспечения возможности расширения для различных общих архитектур оптической коммутации, а также в обеспечении масштабируемых систем оптической коммутации из линейно расширяемых модулей оптической коммутации для любых основных классов архитектур оптического коммутатора. 7 н. и 29 з.п. ф-лы, 36 ил.

Способ определения пространственного положения пучка инфракрасного излучения // 2621477

Изобретение относится к области лазерного приборостроения и касается способа определения пространственного положения пучка инфракрасного излучения. Способ включает в себя формирование инфракрасного пучка с помощью первой оптической системы, содержащей инфракрасный лазер, прозрачный в инфракрасной области световод, выпуклое и вогнутое сферические зеркала. Дополнительно формируют пучок видимого излучения с помощью второй оптической системы, включающей лазер видимого диапазона, прозрачный в видимой области световод, выпуклое и вогнутое сферические зеркала. Далее объединяют инфракрасный и видимый пучки с помощью плоскопараллельной пластины с отражающим слоем. Пластина установлена за вогнутым сферическим зеркалом первой фокусирующей системы. Плоскопараллельная пластина и вторая оптическая система установлены с возможностью обеспечения одновременной и точной фокусировки пучков в фиксированной точке объекта таким образом, что направление распространения и апертуры пучков совпадают. Технический результат заключается в повышении точности определения пространственного положения пучка лазерного излучения в инфракрасной области спектра. 1 ил.

Способ компенсации оптических аберраций с использованием деформируемого зеркала // 2623661

Изобретение относится к способам, которые обеспечивают компенсацию оптических аберраций с использованием деформируемого зеркала, и может быть использовано в активных и адаптивных оптических системах, предназначенных для компенсации аберраций волнового фронта светового излучения. Способ компенсации оптических аберраций с использованием деформируемого зеркала предусматривает измерение аберраций волнового фронта и преобразование результатов этих измерений в набор команд для активной/адаптивной оптической системы, включающей элемент в виде управляемого деформируемого зеркала и исполнительные механизмы, предназначенные для деформирования управляемого деформируемого зеркала. Команды для исполнительных механизмов обеспечивают создание на отражающей поверхности деформируемого зеркала перемещений, соответствующих требуемой для компенсации аберраций волнового фронта суперпозиции собственных форм колебаний имитатора зеркала, имеющего такую же геометрическую форму и такие же упругие свойства, как само деформируемое зеркало, но обладающего нулевой плотностью и закрепленными в местах подсоединения исполнительных механизмов единичными сосредоточенными массами, учитываемыми только в направлении приложения усилий от исполнительных механизмов. Технический результат – устранение искажений при перемещениях, повышение точности компенсации аберраций волнового фронта. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Устройство для высокоскоростной съемки // 2634369

Изобретение относится к области автоматической высокоскоростной съемки, а именно к системам регистрации поведения динамических объектов в условиях неподвижной высокоскоростной камеры, и может быть использовано для изучения поведения в полете летательных аппаратов и спортивных снарядов, для высокоскоростной съемки животных, в кинематографии, телевидении. Устройство для высокоскоростной съемки включает неподвижную камеру 3 и оптическую систему из двух согласованно подвижных зеркал, формирующих ось поля зрения камеры 10. Первичное зеркало 1 установлено с возможностью отражения объекта съемки 4 на вторичное зеркало 2, а вторичное зеркало 2 установлено с возможностью отражения изображения объекта съемки 4 от первичного зеркала 1 в поле зрения камеры 3. Зеркала выполнены с возможностью первичное - зенитного, а вторичное - азимутального относительно оптической оси 9 камеры поворотов. Первичное зеркало 1 также выполнено с возможностью азимутального поворота относительно точки его пересечения с осью 10 поля зрения камеры и перемещения по дуге 8 вокруг оси 7 поворота вторичного зеркала 2, что позволяет смещать первичное зеркало 1 таким образом, чтобы ось 10 поля зрения камеры всегда была направлена на центр первичного зеркала 1. Технический результат - расширение рабочей зоны. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.