Способ отведения части монохроматического линейно-поляризованного лазерного излучения от направления распространения основного потока
Владельцы патента RU 2707245:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Способ отведения части монохроматического линейно-поляризованного лазерного излучения от направления распространения основного потока включает направление потока излучения на светоделительный оптический элемент, установленный под углом β к его направлению, для отражения части потока от его наклонной поверхности. Отраженную часть потока с помощью дополнительного оптического элемента, установленного с возможностью поворота и наклона в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, направляют назад на светоделительный оптический элемент для повторного отражения, при этом светоделительный оптический элемент установлен с возможностью вращения вокруг оси, ортогональной направлению распространения основного потока излучения с изменением угла его установки β в диапазоне 12°<β<угла Брюстера. Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет изменения угла наклона оптического элемента и изменения коэффициента отражения. 1 ил.
Изобретение относится к области оптики, к способам управления параметрами оптического излучения, и может быть использовано, например, при создании оптико-механических приборов, предназначенных для отведения части монохроматического линейно-поляризованного света.
Из уровня техники известны способы управления параметрами оптического излучения, применяемые в многоканальных лазерных установках: американской - NIF [D.H. Kalantar et. al. An overview of target and diagnostic alignment at the National Ignition Facility. Proc. of SPIE, v. 8505, 850509, 2012 г.] и французской - LMJ [Michel Luttmann et. al. Laser Megajoule alignment to target center. Proc. of SPIE, v. 7916, 79160N, 2011 г.]. Управление параметрами оптического излучения осуществляют путем направления излучения на оптические элементы со светоделительными покрытиями. Оптические элементы устанавливают на выходе силовых каналов и выполняют их в виде клиньев и зеркал с диэлектрическими покрытиями [E.S. Bliss. А.А. Grey, R.D. Kyker and others. Beam Control and Laser Diagnostic Systems. ICE Quarterly Report Livermore National Laboratory UCRL-LR-105821-99-1], [О.И. Шанин Адаптивные оптические системы в импульсных мощных лазерных установках. Техносфера, Москва, 2012 г.].
Недостатками способов, основанных на применении оптических элементов с диэлектрическим покрытием, является то, что покрытая имеют фиксированный коэффициент отражения, низкую, в сравнении с материалом подложки, лучевую прочность, а так же неравномерный, как во времени, так и по площади элемента, коэффициент отражения излучения.
Известно применение устройства для ослабления оптического пучка, содержащего вращающиеся клинья, изготовленные из оптически поглощающего материала различной толщины в разных сечениях, либо изготовленные из оптически прозрачного материала, с нанесенной на них пленкой переменной толщины из платины, палладия, никеля, титана, хрома или других металлов ("Проектирование оптико-электронных приборов" под общ. ред. д-ра техн. наук Ю.Г. Якушенкова, Москва: "Машиностроение", 1981, с. 42-43).
Недостатками применения таких ослабителей является неравномерность ослабления по сечению пучка. Для устранения этого недостатка необходимо применение двух синхронно вращающихся клиньев.
Известно применение плавно регулируемого оптического фильтрового устройства, содержащего полимерную пленку переменной толщины, намотанную на барабан. Плавное ослабление оптического пучка, падающего по нормали на пленку, осуществляют путем перематывания пленки с одного барабана на другой (международная заявка WO 8201423, публ. 29.04.1982).
Недостатком является небольшой диапазон ослабления, малая лучевая прочность пленки, а также неравномерность ослабления по сечению пучка.
Известно также применение оптического вентиля (патент RU 2256945, публ. 20.07.2005,) включающего магнитную систему и помещенный в магнитное поле магнитооптический ротатор, содержащий выполненные из магнитооптического материала последовательно расположенные на оптической оси пластины, установленные под углом Брюстера к падающему излучению. Каждая последующая пластина повернута вокруг оптической оси относительно предыдущей пластины на угол, равный углу поворота плоскости поляризации света в предыдущей пластине в направлении, совпадающем с направлением поворота плоскости поляризации света в предыдущей пластине. Обеспечивается повышение лучевой стойкости.
Недостатками применения такого устройства являются: большое количество элементов (10…15 штук) изготовленных из магнитооптического материала, наличие магнитного поля для работы вентиля и потеря энергии в прямом луче.
Также известен способ управления параметрами оптического излучения путем отведения части монохроматического линейно-поляризованного лазерного излучения от направления распространения силового излучения установки Beamlet (США) [S.C. Burkhart, W.C. Behrendt, I. Smith Beamlet Laser Diagnostic ICE Quarterly Report Livermore National Laboratory UCRL-LR-105821-95-1]. Этот способ выбран в качестве ближайшего аналога заявляемому изобретению. Способ отведения части монохроматического линейно-поляризованного лазерного излучения от направления распространения основного потока излучения включает направление потока излучения на светоделительный оптический элемент, установленный под углом β к направлению распространения потока излучения, для отражения части потока от наклонной поверхности оптического элемента. В качестве оптического элемента применяют светоделительный клин, который устанавливают под углом β, равным 12° к направлению распространения излучения, разделяя поток излучения на прошедшую и отраженную части. Светоделительный клин выполнен без светоделительного покрытия. Такая конструкция позволяет осуществить отведение 3% р поляризованного света.
Недостаток данного способа связан с тем, что для определенных целей, например, для диагностики лазерной системы необходимо отводить в систему регистрации более ослабленное излучение, что невозможно осуществить с помощью светоделительного клина, установленного под указанным выше углом, из-за высокого, для устройств такого класса, коэффициента отражения.
Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей способа путем изменения угла наклона оптического элемента и изменения коэффициента отражения излучения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе отведения части монохроматического линейно-поляризованного лазерного излучения от направления распространения основного потока, включающем направление потока излучения на светоделительный оптический элемент, установленный под углом β к его направлению, для отражения части потока от его наклонной поверхности, новым является то, что отраженную часть потока с помощью дополнительного оптического элемента, установленного с возможностью поворота и наклона в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, направляют назад на светоделительный оптический элемент для повторного отражения, при этом светоделительный оптический элемент установлен с возможностью вращения вокруг оси, ортогональной направлению распространения основного потока излучения, с изменением угла его установки β в диапазоне 12°<β<угла Брюстера.
Направление потока излучения на светоделительный оптический элемент, установленный с возможностью вращения вокруг оси, ортогональной направлению распространения основного потока излучения, с изменением угла его установки β в указанном выше диапазоне позволяет обеспечить возможность изменения коэффициента отражения р поляризованного излучения в широком диапазоне (от ~ 1% до 0,1%). что существенно расширяет функциональные возможности способа.
Направление отраженной части потока на дополнительный оптический элемент, установленный с возможностью поворота и наклона в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, для повторного отражения от наклонной поверхности светоделительного оптического элемента позволяет изменять направление распространения отведенного излучения, дополнительно ослабить отводимое излучение и реализовать возможность отведения малой части монохроматического линейно поляризованного излучения ~ 0,1%. Кроме того, использование дополнительного оптического элемента обеспечивает возможность применения различных типов покрытий его отражающей грани для изменения коэффициента ослабления, как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения.
На фиг. изображена функциональная оптическая схема, позволяющая осуществить способ отведения части монохроматического линейно-поляризованного лазерного излучения от направления распространения основного потока, где:
1 - светоделительный оптический элемент; 2 - дополнительны оптический элемент; 3 - опорно-поворотное устройство: 4 - угловые регулировки дополнительного оптического элемента.
Представленная схема отведения, в частности, регулируемой малой части (~ 0.1%) линейно поляризованного монохроматического потока излучения, может быть использована при создании широкого класса устройств, где необходимо отведение малой части интенсивного лазерного излучения при сохранении направления распространения основной части лазерного потока, например:
- многоканальные лазерные установки;
- медицинские и технологические лазерные установки;
- твердотельные лазерные устройства.
Оптическая схема, представленная на фиг., состоит из светоделительного оптического элемента, выполненного из оптически прозрачного материала и дополнительного оптического элемента, выполняющего функцию зеркала. Светоделительный оптический элемент установлен под углом 55° к оптической оси пучка. Светоделительный оптический элемент установлен на опорно-поворотном устройстве для изменения угла его установки от 12° до 56°. Дополнительный оптический элемент оснащен угловыми регулировками для изменения положения элемента вокруг вертикальной и горизонтальной осей и управления направлением распространения отраженного света. Опорно-поворотное устройство 3 и поворотные регулировки 4 могут быть оснащены моторами для обеспечения как автоматического, так и автоматизированного управления. Также имеется возможность применения различных покрытий отражающей поверхности дополнительного оптического элемента.
Заявляемый способ включает в себя следующие операции. На светоделительный оптический элемент 1 направляют линейно поляризованный s и р монохроматический свет, который в соответствии с формулами Френеля, имеет различные коэффициенты отражения. Постановка на пути потока светоделительного оптического элемента 1 под углом 55°, близким к углу Брюстера, позволяет обеспечить малый коэффициент отражения р поляризованного света. При этом равномерность отведения по поперечному сечению пучка достигается за счет использования светоделительного оптического элемента 1 без покрытий. Отраженный светоделительным оптическим элементом 1 свет направляется на дополнительный оптический элемент 2, и, последовательно отражаясь от дополнительного оптического элемента 2, повторно отражается от наклонной поверхности светоделительного оптического элемента 1. Поскольку дополнительный оптический элемент 2 оснащен поворотными регулировками 4 для изменения направления распространения отраженного излучения, то реализуется возможность управления направлением распространения излучения. Использование опорно-поворотного устройства 3 для изменения угла установки светоделительного оптического элемента 1 относительно падающего излучения позволяет изменять коэффициент отражения излучения в широком диапазоне (от ~ 1% до 0,1%).
Т.о. заявляемый способ позволяет осуществить отведение необходимой части линейно поляризованного монохроматического потока излучения от основного потока при управлении направлением распространения излучения.
Способ отведения части монохроматического линейно-поляризованного лазерного излучения от направления распространения основного потока, включающий направление потока излучения на светоделительный оптический элемент, установленный под углом β к его направлению, для отражения части потока от его наклонной поверхности, отличающийся тем, что отраженную часть потока с помощью дополнительного оптического элемента, установленного с возможностью поворота и наклона в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, направляют назад на светоделительный оптический элемент для повторного отражения, при этом светоделительный оптический элемент установлен с возможностью вращения вокруг оси, ортогональной направлению распространения основного потока излучения с изменением угла его установки β в диапазоне 12°<β<угла Брюстера.
