АХРОМАТИЧЕСКИЙ ДВУХВОЛНОВОЙ РАСШИРИТЕЛЬ ЛАЗЕРНОГО ПУЧКА

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к коллиматорам оптического излучения и может быть использовано в устройствах лазерной дальнометрии, оптической локации и связи для коллимации лазерного излучения.
Известен телескопический расширитель лазерного луча (патент РФ №76723 U1; МПК G02B 23/00), состоящий из оптически связанных объектива и окуляра, причем объектив содержит двояковыпуклую линзу и двояковогнутую линзу разделенные воздушным промежутком и положительную линзу, выполненную в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к окуляру, а окуляр выполнен в виде двояковогнутой линзы. Данное устройство имеет дифракционное качество при 7-кратном увеличении системы для длин волн 1064 и 633 нм.
Однако недостатком данного устройства является то, что увеличение системы мало и невозможно получение дифракционного качества одновременно для двух длин волн 1064 и 532 нм.
Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявляемой полезной модели является телескопический расширитель лазерного пучка типа Галилея (патент РФ №75245 U1; МПК G02B 23/00), состоящий из оптически связанных объектива и окуляра, причем объектив состоит из трех компонентов: первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, второй компонент в виде двояковогнутой линзы и третий в виде двояковыпуклой линзы, а окуляр включает в себя два отрицательных мениска, обращенных выпуклыми поверхностями к объективу. Данное устройство позволяет получить увеличение оптической системы 11,4 крат для длин волн 1570 и 660 нм с дифракционным качеством.
Недостатком данного устройства является недостаточное увеличение системы и отсутствие дифракционного качества для длин волн 1064 и 532 нм.
Задачей полезной модели является создание ахроматического двухволнового расширителя лазерного пучка с увеличением 13,8 крат для длин волн 1064 и 532 нм.
Для достижения указанной задачи предлагается ахроматический двухволновой расширитель лазерного пучка состоящий из оптически связанных объектива, содержащего три компонента, при этом третий компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, и окуляра, содержащего два компонента, в котором первый компонент объектива выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к окуляру, второй компонент объектива выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к окуляру, первый компонент окуляра выполнен в виде двояковогнутой линзы, а второй компонент окуляра выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к лазерному излучателю, при этом между компонентами окуляра нет воздушного промежутка, что достигается, например, склейкой компонентов.
От известного прототипа заявляемое устройство отличается тем, что первый компонент объектива выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к окуляру, второй компонент объектива выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к окуляру, первый компонент окуляра выполнен в виде двояковогнутой линзы, а второй компонент окуляра выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к лазерному излучателю, при этом между компонентами окуляра нет воздушного промежутка, что достигается, например, склейкой компонентов.
Выполнение второго компонента объектива в виде отрицательного мениска, а первого компонента объектива в виде положительного мениска и реализация двухкомпонентного склеенного окуляра, причем первый компонент окуляра выполнен в виде двояковогнутой линзы, а второй компонент окуляра выполнен в виде положительного мениска позволяет получить увеличение расширителя 13,8 крат для длин волн 1064 и 532 нм и обеспечивает дифракционное качество изображения за счет коррекции сферической аберрации, астигматизма и комы при удалении выходного зрачка на 93 мм.
Полезная модель поясняется чертежом, где:
На фиг. 1 изображена оптическая схема ахроматического двухволнового расширителя лазерного пучка и ход лучей в нем.
1 - первый компонент объектива, выполненный в виде положительного мениска, который обращен вогнутой поверхностью к окуляру,
2 - второй компонент объектива, выполненный в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к окуляру,
3 - третий компонент объектива, выполненный в виде двояковыпуклой линзы,
4 - первый компонент окуляра, выполненный в виде двояковогнутой линзы,
5 - второй компонент окуляра, выполненный в виде положительного мениска, который обращен вогнутой поверхностью к лазерному излучателю,
6 - выходной зрачок расширителя,
ЛИ - лазерный излучатель,
О - точка, относительно которой лазерный излучатель может менять наклон к оптической оси.
Ахроматический двухволновой расширитель лазерного пучка состоит из пяти компонентов (1-5). Компоненты (1-3) образуют объектив. Первый компонент объектива выполнен в виде положительного мениска, который обращен вогнутой поверхностью к окуляру, второй компонент объектива выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к окуляру, и третий компонент объектива выполнен в виде двояковыпуклой линзы. Соотношение толщин компонентов и воздушных промежутком между ними на оптической оси выражается как 1:3:1:1:1.
Четвертый и пятый компоненты, не разделенные воздушным промежутком, образуют окуляр. Причем четвертый компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, а пятый компонент в виде положительного мениска, который обращен вогнутой поверхностью к лазерному излучателю, при этом толщины четвертого и пятого компонентов имеют отношение 3:2.
Ахроматический двухволновой расширитель лазерного пучка работает следующим образом: лазерный пучок, исходящий из лазерного излучателя проходит через входной зрачок расширителя (6), причем входной зрачок расширителя совпадает с выходной апертурой лазерного источника (ЛИ), при этом входной зрачок расширителя расположен на расстоянии 93 мм от компонента (5) окуляра. Благодаря этому, расширитель лазерного пучка становится нечувствительным к повороту входящего лазерного пучкана угол ~0,2 градуса относительно точки О.
Лазерный пучок после прохождения через склеенные компоненты (4) и (5) окуляра начинает расходиться. После прохождения объектива, состоящего из компонентов (3), (2) и (1), задний фокус которого совпадает с передним фокусом окуляра, пучок становится параллельным и увеличенным в 13,8 раз.
Ахроматический двухволновой расширитель лазерного пучка имеет увеличение в 13,8 крат для длин волн 1064 и 532 нм для диаметра выходного зрачка 9,5 мм и удалении выходного зрачка от окуляра на 93 мм.
В соответствии с предложенным решением рассчитан конкретный ахроматический двухволновой расширитель лазерного пучка для длин волн 1064 и 532 нм, который не чувствителен к повороту лазерного излучателя относительно точки О (Фиг. 1) в пределах ±0,2 градуса.
Конструктивные параметры рассчитанного ахроматического двухволнового расширителя лазерного пучка приведены на Фиг. 2, где указаны радиусы поверхностей компонентов, толщины компонентов, марки стекол из которых изготовлены компоненты и световые диаметры компонентов.
Технические характеристики рассчитанного ахроматического двухволнового расширителя лазерного пучка:
Лазерный излучатель - Nd:YAG лазер;
Угол расходимости лазерного излучения:
-5
для длины волны 1064 нм ~10 рад;
-6
для длины волны 532 нм ~5*10 рад;
Рабочие длины волн - 1064 и 532 нм;
Диаметр входного пучка - 9,5 мм;
Увеличение расширителя лазерного пучка - 13,8 крат;
Угол поля зрения - 0,4°;
Общая длина системы - 621 мм.