Способ ввода мощного многомодового импульсного лазерного излучения в световод и устройство для его реализации
Владельцы патента RU 2758775:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Оренбургский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к волоконно-оптической технике и предназначено для использования при создании источников дистанционного электропитания на базе световодов, лазерных медицинских аппаратов и других установок, и устройств, использующих системы передачи лазерного излучения через световод. Заявлен способ ввода мощного многомодового импульсного лазерного излучения в световод, по которому используются последовательно установленные на одной оптической оси и оптически связанные лазер, линза и световод, закрепленный в юстировочное устройство, в котором с помощью линзы формируется сходящийся пучок лазерного излучения. Световод располагается в фокусе линзы, и с использованием юстировочного устройства торец световода помещается в область фокального пятна лазерного излучения, создаваемого линзой. Лазерное излучение стеклянными делительными пластинками, установленными по ходу распространения лазерного пучка и зеркалом, установленным после всех стеклянных пластинок, разделяется на равные части, каждая из частей фокусируется линзами и через фоконы вводится в промежуточные световоды, а все промежуточные световоды, далее объединенные в один, по которому и передается лазерное излучение. Причем торцы фоконов помещаются в область фокальных пятен лазерного излучения, создаваемых линзами с помощью юстировочных устройств крепления фоконов. Технический результат – повышение надежности ввода мощного многомодового импульсного лазерного излучения в световод. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к волоконно-оптической технике и предназначено для использования при создании источников дистанционного электропитания на базе световодов, лазерных медицинских аппаратов и других установок и устройств использующих системы передачи лазерного излучения через световод.
Известен способ ввода лазерного излучения в световод, в котором используется последовательно установленные на одной оптической оси лазер, линза и световод, закрепленный в юстировочное устройство. С помощью линзы формируется сходящийся пучок лазерного излучения, а световод располагается в фокусе линзы с использованием юстировочного устройства (С.И. Белов. Твердотельный лазер с оптоволоконным выводом излучением для трансмиокардиональной лазерной реваскуарязации // Медицинская техника. 2011. N 1. С. 1-7).
Этот способ ввода излучения в световод обладает низкой надежностью при вводе мощного многомодового импульсного лазерного излучения в световод из-за ограниченной лучевой прочностью световодов и вследствие того, что в фокусе многомодового импульсного лазерного излучения возникают мощные локальные всплески интенсивного лазерного излучения, разрушающие торец световода.
Известно устройство для реализации этого способа, включающее последовательно установленные на одной оптической оси и оптически связанные лазер, линза и световод, закрепленный в юстировочное устройство (С.И. Белов. Твердотельный лазер с оптоволоконным выводом излучением для трансмиокардиональной лазерной реваскуарязации // Медицинская техника. 2011. N 1. С. 1-7).
Этот устройство ввода излучения обладает низкой надежностью ввода лазерного излучения в световод из-за того, что в фокусе многомодового импульсного лазерного излучения возникают мощное локальные всплески интенсивного лазерного излучения, разрушающие торец световода в силу и ограниченной лучевой прочностью световодов.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности ввода мощного многомодового импульсного лазерного излучения в световод.
Задача, на решение которой направлено техническое решение, достигается тем, что в известном способе ввода лазерного излучения в световод, по которому используется последовательно установленные на одной оптической оси и оптически связанные лазер, линза и световод, закрепленный в юстировочное устройство, в котором с помощью линзы формируется сходящийся пучок лазерного излучения, световод располагается в фокусе линзы, и с использованием юстировочного устройства торец световода помещается в область фокального пятна лазерного излучения, создаваемого линзой, лазерный пучок стеклянными пластинками, установленными по ходу распространения лазерного пучка, и зеркалом, установленным после всех стеклянных пластинок, разделяется на равные части, каждая из частей фокусируется линзами и через фоконы вводится в промежуточные световоды, а все промежуточные световоды, далее объединенные в один, по которому и передается лазерное излучение, причем торцы фоконов помещаются в область фокальных пятен лазерного излучения, создаваемых линзами с помощью юстировочных устройств крепления фоконов.
Также задача решается устройством для реализации способа, включающим последовательно установленные на одной оптической оси и оптически связанные лазер, линзу, световод, закрепленный в юстировочное устройство, торец световода располагается в фокусе линзы, с использованием юстировочного устройства, отличающийся тем, что дополнительно введены 2, 3… n линзы, 1, 2, 3….n фоконы, 1, 2, 3 …n-1 стеклянные делительные пластинки, зеркало, 2, 3….n юстировочные устройства, 1, 2, 3 … n промежуточные световоды, лазерное излучение поступает на делительные пластинки или зеркало, проходит линзы, фоконы и поступает в промежуточные световоды, объединенные далее в один световод, фоконы закреплены в юстировочные устройства, они обеспечивают размещение фоконов в фокусе линз.
На фигуре приведена структурная схема устройства.
Устройство содержит лазер 1, стеклянные пластинки 2, зеркало 3, линзы 4, фоконы 5, промежуточные световоды 6, световод 7, кожух 8, штуцеры для подключения к системе охлаждения 9.
Стрелками показан ход световых лучей.
Способ осуществляется следующим образом
При отсутствии напряжения на лазере 1 оптическое излучение в световоде отсутствует.
При поступлении напряжения на лазер 1, его излучение, расчленяется делительными пластинками 2 и зеркалом 3 на отдельные пучки. Каждый из пучков, пройдя линзу и фокон, поступает в промежуточные световоды 6 и далее в световод 7. Таким образом, с помощью делительных пластин 2, и зеркала 3, линз 4, фоконов 5 и промежуточных световодов 6, формируются отдельные каналы, по которым лазерное излучение поступает в промежуточные световоды. С помощью юстировочных устройств, в которые закреплены фоконы 5, торцы фоконов помещаются в область фокальных пятен, создаваемых соответствующими пучками лазерного излучения линзами 4. Далее эти промежуточные световоды объединяются в один световод 7, по которому и осуществляется передача лазерного излучения.
Линзы, фоконы и промежуточные световоды могут быть помещены в кожух 8, через который пропускается охлаждающая жидкость или газ. Подключение кожуха к системе охлаждения осуществляется через штуцеры 9.
При практической реализации устройства, могут быть использованы, фоконы: длина 5 мм; диаметр 1,5 мм; числовая апертура 0,25; материал стекло ПЭГ101.
Делительные пластинки могут выполнены из кварцевого стекла или KBr если лазер на CO2, или кварца для других лазеров, зеркало - из массивного параллелепипеда из нержавеющей стали один торец которого отполирован.
Промежуточные световоды, световод, передающий лазерное излучение – стандартные, кварцевые 125х50, NA=0,1.
Соединение промежуточных световодов с фоконами осуществляется следующим образом: промежуточный световод расположен в штыревом разъеме для многомодовых световодов (папа); на наконечнике разъема надета втулка с фоконом; посадочные поверхности наконечника и втулки выполнены с соответствующей точностью.
Соединение промежуточных световодов между собой и световодом, передающим лазерное излучение, может выполнено с помощью сварки.
В качестве юстировочных устройств могут быть использованы механические микропозеры (И.Г. Кирин. Комплект юстировочных устройств для лазерной техники и оптоэлектроники. Информационный листок N 70-91, Серия 47.33.33. Белгородский межотраслевой территориальный цент научно-технической информации и пропаганды. Белгород, 1981 г.).
Предлагаемый способ ввода лазерного излучения в световод и устройство для его осуществления позволяет существенно повысить надежность системы ввода мощного, импульсного, лазерного излучения в световод, сделать его более устойчивыми к воздействию мощного импульсного многомодового лазерного излучения. Это достигается за счет снижения плотности мощности лазерного излучения на торце световодов, линз и фоконов и за счет того, что излучение лазера расчленяется на части и далее фокусируется не торец световода и на торец фокона, диаметр которого существенно больше диаметра световода. Таким образом, снижается интенсивность лазерного излучения в процессе его ввода в световод. Кроме того, повышению надежности ввода лазерного излучения способствует и то обстоятельство, что требования к точности совмещения фокального пятна и торца фокона ниже, чем фокального пятна и торца световода.
1. Способ ввода мощного многомодового импульсного лазерного излучения в световод, по которому используется последовательно установленные на одной оптической оси и оптически связанные лазер, линза и световод, закрепленный в юстировочное устройство, в котором с помощью линзы формируется сходящийся пучок лазерного излучения, световод располагается в фокусе линзы и с использованием юстировочного устройства торец световода помещается в область фокального пятна лазерного излучения, создаваемого линзой, отличающийся тем, что лазерное излучение стеклянными делительными пластинками, установленными по ходу распространения лазерного пучка и зеркалом, установленным после всех стеклянных пластинок, разделяется на равные части, каждая из частей фокусируется линзами и через фоконы вводится в промежуточные световоды, а все промежуточные световоды, далее объединенные в один, по которому и передается лазерное излучение, причем торцы фоконов помещаются в область фокальных пятен лазерного излучения, создаваемых линзами с помощью юстировочных устройств крепления фоконов.
2. Устройство для реализации способа по п. 1, включающее последовательно установленные на одной оптической оси и оптически связанные лазер, линзу, световод, закрепленный в юстировочное устройство, торец световода располагается в фокусе линзы, с использованием юстировочного устройства, отличающееся тем, что дополнительно введены 2, 3… n линзы, 1, 2, 3….n фоконы, 1, 2, 3 …n-1 стеклянные делительные пластинки, зеркало, 2, 3….n юстировочные устройства, 1, 2, 3 … n промежуточные световоды, лазерное излучение поступает на стеклянные делительные пластинки и зеркало, проходит линзы, фоконы и поступает в промежуточные световоды, объединенные далее в один световод, фоконы закреплены в юстировочные устройства, они обеспечивают размещение фоконов в фокусе линз, причем линзы, фоконы и промежуточные световоды помещены в кожух, через который пропускается охлаждающая жидкость или газ.
