УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ПУЧКА

Устройство для формирования оптического пучка.
Предполагаемое изобретение относится к оптическим устройствам и может быть использовано в тех направлениях науки и техники, где требуется высокая степень равномерности освещенности объектов, подвергающихся облучению, например:
в экспериментальной физике при исследованиях воздействия мощного оптического излучения на материалы;
в технологии обработки материалов - при лазерной поверхностной обработке материалов (закалке, отжиге и т.п.), при лазерной фотолитографии и т.д.;
в электронной технике - в оптикоэлектронных системах записи или воспроизведения телевизионных изображений;
в медицине - в прогрессирзпющей за последнее десятилетие лазерной терапии различных заболеваний, лазерной дерматологии и т.д.
Известна оптическая система  1 , для выравнивания интенсивности по сечению лазерного пучка, содержащая телескопическую систему из последовательно установленных по ходу луча микрообъектива и объектива в виде отрицательной линзы из бесцветного и положительной линзы из нейтрального стекла.
Однако, в этой системе выравнивание интенсивности происходит за счёт поглощения значительной доли энергии лазерного излучения в линзе из нейтрального стекла и, кроме того, эта система не позволяет получить распределение в пучке, например, в виде узкой равномерно освещенной полосы.
МПК G02B 19/00
Известна также оптическая система, описание которой дано в 2. Эта оптическая система предназначена для проекции с повышенной равномерностью освещенности прозрачного объекта. Помимо источника излучения со светящимся телом здесь применены: коллектор, два одинаковых сферических растра, коллектив и конденсор, включенные последовательно.
Недостатком этой оптической системы, кроме сложности изготовления и юстировки, например, в инфракрасной области спектра, является то, что в плоскости объекта изображается первый растр, вследствие чего любые погрешности изготовления растра в целом и его отдельных линз, как-то свили, царапины, пьшь и др. переносятся объективом в плоскость изображения, что приводит к существенному ухудшению качества изображения. Кроме того, эта система не позволяет получить достаточно равномерное распределение интенсивности в пятне, поскольку она образована большим количеством сферических оптических поверхностей, вносящих искажения в итоговое распределение за счет аберраций.
Наиболее близким техническим решением, выбранным авторами за прототип, к предполагаемому изобретению является устройство для формирования оптического пучка 3, содержащее расширяющую телескопическую систему, два линзовых растра, второй из которых цилиндрический, за которым установлены два оптических элемента, выполненных в виде цилиндрических линз, развёрнутых одна относительно другой на 90°, причём задняя фокальная плоскость линз сферического растра в сагиттальной плоскости совмещена с передней фокальной плоскостью первой цилиндрической линзы, а в меридиональной плоскости - с передней фокальной плоскостью линз цилиндрического растра.
Существенными недостатками этого устройства являются:
1, Высокая трудоёмкость изготовления линзовых растров, связанная с высокоточным изготовлением и сборкой на оптическом контакте большого числа оптических элементов.
2 . Сложность юстировки оптического устройства, особенно в инфракрасной области спектра, связанная с одновременным совмещением фокусов линз и нескольких фокальных плоскостей.
3.Необходимость полной переюстировки оптического устройства при работе в другом диапазоне длин волн лазерного излучения.
4.Наличие сферических аберраций.
5.Высокий уровень потерь энергии  за счет большого количества оптических элементов.
С помощью предполагаемого изобретения достигается технический результат, заключающийся в повыщении равномерности распределения интенсивности света на площадке прямоугольной формы в фокальной плоскости устройства с минимальными потерями энергии входного светового пучка.
В соответствии с предполагаемым изобретением технический результат достигается тем, что в устройстве для формирования оптического пучка, содержащем расширяющую телескопическую систему и растр, растр выполнен призменным, фокусирующим, монолитным.
На фиг. 1 приведена оптическая схема устройства для формирования оптического пятна выровненной интенсивности, так называемого гомогенизатора светового излучения, где 1-расширяющая телескопическая система, 2- растр. Работа устройства (фиг. 1) осуществляется следующим образом:
Неоднородный параллельный оптический пучок, подлежащий формированию, поступает на расширяющую телескопическую систему 1, расширяется и далее неоднородный пучок увеличенных размеров направляется на призменный фокусирующий растр, размеры которого не меньше размеров выходяшего из телескопа оптического пучка 2, проходя который световой пучок разбивается на множество, равное числу освешенных элементов растра, оптических пучков, при этом все пучки имеют одинаковые, определяемые конструкцией растра, постоянные сечения и все они суммируются на единой площадке в фокальной плоскости растра. При их суммировании происходит усреднение интенсивности оптического излучения по плоскости фокального пятна растра, приводящее к повышению равномерности распределения интенсивности света.
В случае использования расширяющей телескопической системы зеркального типа обеспечивается и одновременная работа устройства в широком диапазоне длин волн без необходимости переюстировки.
Из вышесказанного следует, что предложенное техническое решение имеет преимущества по сравнению с известным, а именно, позволяет:
повысить равномерность распределения интенсивности света на площадке
прямоугольной формы в фокальной плоскости устройства с минимальными потерями энергии входного светового пучка.
существенном упрощении конструкции путем минимизации количества оптических элементов требуемых для изготовления устройства
существенном снижении трудоемкости изготовления и юстировки устройства за счет выполнения растра - призменным.
возможности работы в широком диапазоне длин волн оптического излучения;.
В настоящее время по материалам заявки разработаны чертежи, изготовлены и испытаны опытные образцы, подтвердившие работоспособность предлагаемого устройства.
Источники информации, принятые во внимание.
1. Авторское свидетельство SU 986194 А (G 02 В 27/00)
2. Оптико-механическая промышленность. 1977, с . 65-66 .
3. Патент RU 2004008 С1 (G02 В 19/00 , G 03 В 27/16) - прототип.