РАСШИРИТЕЛЬ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ПУЧКА ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
EXPANDER OF PARALLEL BEAM OF LASER RADIATION

Изобретение относится к области лазерной оптики, к оптическому приборостроению, а именно, к расширителям лазерного пучка и может быть использовано для расширения (сжатия) пучка электромагнитного излучения.
Известен концентратор солнечной энергии по авторскому свидетельству SU №1451475 А1, опубл. 15.01.1989, МПК F24J 2/10, F24J 2/02, содержащий два соосных и софокусных отражателя, выполненных в виде параболоидов вращения, преобразующих поток излучения в параллельный выходной поток, снабженный третьим подвижным отражателем, расположенным соосно первым двум, обращенным рабочей поверхностью навстречу выходному потоку и имеющим фокальную зону, совпадающую или эквидистантно расположенную с его осью симметрии.
Основным недостатком данного устройства является невозможность максимально использовать весь возможный поток электромагнитного излучения, так как параболические отражатели усечены не по фокальной плоскости.
Известен расширитель лазерного пучка, состоящий из четырех оптически связанных линзовых компонент по патенту US №5329404 от 20.11.1992, опубл. 12.07.1994, МПК G02B 9/34, конструкция которого обеспечивает пятикратное расширение лазерного пучка диаметром до 2 мм при дифракционном качестве в спектральном диапазоне от 0,365 мкм до 1,3 мкм.
Основным недостатком данного устройства является сложность конструкции, требующая точной юстировки компонент.
Прототипом заявляемого изобретения является телескопическая оптическая система типа Галилея по патенту RU №2209455 С2 от 14.09.2001, опубл. 27.07.2003, МПК G02B 23/00 в виде рефракционного блока, состоящего из объектива и окуляра и обеспечивающая видимое увеличение 5,5 крат с высоким качеством изображения при малой длине оптической системы, не превышающей 46 мм. Значение апертурного угла расширителя, образованного главным лучом, попадающим на край выходного зрачка, с оптической осью, составляет около 5°.
Основными недостатками данного устройства является необходимость юстировки взаимного положения объектива и окуляра, а также большая длина оптической системы из-за небольшого значения апертурного угла. Увеличение апертурного угла в такой системе за счет применения более короткофокусных компонент приводит к росту аберраций и ухудшению качества формируемого пучка лазерного излучения.
Поставлена задача: создать расширитель параллельного пучка лазерного излучения, не требующий юстировки и обладающий меньшей длиной по сравнению с прототипом.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что расширитель параллельного пучка лазерного излучения выполнен в виде конуса, изготовленного из преломляющего материала с показателем преломления n и углом при вершине  причем ось конуса совпадает с направлением распространения пучка лазерного излучения.
Сущность изобретения поясняется чертежом на фиг. 1, где представлен общий вид (в разрезе) расширителя параллельного пучка лазерного излучения: падающий луч и выходящий из расширителя параллельного пучка лазерного излучения луч расположены по обе стороны от оптической оси.
Принцип действия расширителя параллельного пучка лазерного излучения основан на свойствах преломления и полного внутреннего отражения света. Таким образом, расширитель параллельного пучка лазерного излучения выполнен в виде единого элемента, а параллельность выходящего пучка лазерного излучения при параллельном падающем пучке лазерного излучения обеспечивается за счет определенного значения угла при вершине расширителя.
Работа расширителя параллельного пучка лазерного излучения осуществляется следующим образом.
Параллельный пучок лазерного излучения, из которого показан один луч, освещает вершину расширителя. После преломления на поверхности луч проходит внутрь расширителя, далее - к противоположной стороне конической поверхности, на которой происходит его полное внутреннее отражение, и покидает расширитель через его основание. Выходящий луч параллелен падающему, но выходит по другую сторону от оптической оси и на расстоянии от нее в  раз большем, чем падающий луч, за счет чего и достигается эффект расширения пучка лазерного излучения с коэффициентом Н.
Заявляемое устройство представляет собой единый жесткий элемент и не требует юстировок в дальнейшем. Угол при вершине конуса определяет апертурный угол устройства, который для оптического стекла К8 имеет большее значение (по сравнению с прототипом) и составляет 16,982°. При таком значении апертурного угла длина расширителя параллельного пучка лазерного излучения будет в 2-3 раза меньше, чем у прототипа.