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Diese
Erfindung betrifft optische Systeme und insbesondere optische Hochleistungssysteme, die
einen Zwischenfokus des optischen Strahls enthalten.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bei
vielen optischen Systemen wird der optische Strahl durch optische
Elemente auf eine Zwischenabbildung an einem Ort innerhalb des optischen
Systems fokussiert. Wenn der optische Strahl ein Strahl mit niedriger
Leistung ist, stellt dieser Zwischenfokus kein Problem dar. Wenn
jedoch der optische Strahl ein Hochleistungsstrahl ist, kann der
Zwischenfokus eine so hohe optische Leistungsdichte haben, dass
Luft in der Umgebung des Zwischenfokus ionisiert wird. Die Ionisation
der Luft, durch die der optische Strahl läuft, verzerrt den ionisierten
optischen Strahl sowie andere optische Strahlen, die durch den Zwischenfokus
laufen, in einer unkontrollierten Art und Weise.
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Die
Ionisation beeinflusst die Abbildung des optischen Strahls negativ.
Optische Hochleistungsstrahlen werden normalerweise nicht abgebildet, aber
in einigen Fällen
umfasst der optische Strahl sowohl eine Hochleistungswellenlängenkomponen te, die
nicht abgebildet wird, als auch eine Wellenlängenkomponente mit geringer
Leistung, die abgebildet wird. Ein Beispiel ist ein Laser-Designator,
mit dem ein Hochleistungsdesignatorstrahl mit einer ersten Wellenlänge sich
in eine Richtung entlang des optischen Pfads von einer Quelle innerhalb
des optischen Systems zu einem externen Ziel ausbreitet, und bei
dem sich ein Abbildungsstrahl mit geringer Energie mit einer zweiten
Wellenlänge
in die entgegengesetzte Richtung entlang des optischen Pfads zu
einem Sensor innerhalb des optischen Systems ausbreitet. Falls das
optische System einen Zwischenfokus umfasst, führt die Ionisation, die durch den
optischen Hochleistungsstrahl an dem Zwischenfokus erzeugt wird,
zu einer Wellenfrontverzerrung, die die Abbildung des optischen
Strahls mit geringer Leistung nachteilig beeinflusst.
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Um
den Ionisationseffekt zu vermeiden, kann der Zwischenfokus in einem
Vakuum gebildet werden. Es gibt keine zu ionisierende Luft und die
zuvor diskutierten Probleme treten nicht auf. Eine Vakuumkammer,
die einem optischen System hinzugefügt wird, um alle oder einen
Teil der optischen Systeme aufzunehmen, fügt dem optischen System Gewicht und
Komplexität
hinzu, kann schwierig in der Wartung in feindlichen Umgebungen sein,
um Leckagen zu vermeiden, erfordert in einigen Fällen die Verwendung von speziellen
lichttransparenten Materialien und kann einen signifikanten Übertragungsverlust
an den Fenstern des Vakuumsystems hervorrufen.
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Es
gibt ein Bedürfnis
nach einem besseren Lösungsweg
für optische
Systeme, die solche Ionisationsprobleme vermeiden. Die vorliegende
Erfindung erfüllt
dieses Bedürfnis
und liefert entsprechende Vorteile.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein optisches System mit einem Zwischenfokus
des optischen Strahls in Luft oder einem anderen Gas bereit, vermeidet
aber die Ionisation des Gases durch einen Hochleistungsstrahl, der
am Zwischenfokus fokussiert wird. Keine Vakuumkammer wird um den
Ort des Zwischenfokus verwendet, so dass Gewicht, Komplexität, Wartungsschwierigkeiten,
Materialerfordernisse und Übertragungsverluste,
die mit einem vorhandenen Vakuum einhergingen, vermieden werden.
Der vorliegende Lösungsweg
arbeitet mit einer einzelnen Hochleistungswellenlängenkomponente des
optischen Strahls, ist aber vorteilhafter einzusetzen, wo es sowohl
eine Hochleistungswellenlängenkomponente
und eine abzubildende Wellenlängenkomponente
mit geringer Leistung gibt, die entlang des gleichen optischen Pfads
durch das optische System übertragen
werden.
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Entsprechend
der Erfindung gemäß Anspruch
1 besitzt ein optisches System eine Lichtquelle eines optischen
Strahls, und einen Wellenfront-Verzerrungsgenerator, der eine bekannte
Wellenfrontverzerrung in zumindest eine Wellenlängenkomponente des optischen
Strahls vor der Ausbildung einer Zwischenabbildung einführt. Eine
Fokussierungsvorrichtung empfängt
den optischen Strahl, erzeugt die Zwischenabbildung des optischen Strahls
und gibt den optischen Strahl aus. Ein Beispiel einer Fokussierungsvorrichtung
ist eine Dreispiegel-Anastigmatik-Vorrichtung. Nach der Ausbildung
der Zwischenabbildung führt
eine Wellenfront-Verzerrungskorrektur-Vorrichtung eine Wellenfrontverzerrungskorrektur
in jede Komponente des optischen Strahls ein, in die die bekannte
Wellenfrontverzerrung durch den Wellenfrontverzerrungsgenerator
eingeführt
wurde. Die Wellenfrontverzer rungskorrektur ist das Umgekehrte der
bekannten Wellenfrontverzerrung, die in den optischen Strahl durch
den Wellenfrontverzerrungsgenerator eingeführt wurde. Der Wellenfrontverzerrungsgenerator und
die Wellenfront-Verzerrungs-Korrektur-Vorrichtung können jeweils
ein reflektives optisches Element oder ein refraktives optisches
Element sein. Der Wellenfrontverzerrungsgenerator und die Wellenfront-Verzerrungs-Korrektur-Vorrichtung
können
getrennt von der Fokussierungsvorrichtung sein, oder der Wellenfrontverzerrungsgenerator
oder die Wellenfront-Verzerrungs-Korrektur-Vorrichtung
können einstückig mit
der Fokussierungsvorrichtung sein.
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Bei
einer Ausführungsform
hat der optische Strahl exakt eine Wellenlängenkomponente, der Wellenfrontverzerrungsgenerator
führt die
bekannte Wellenfrontverzerrung in die exakt eine Wellenlängenkomponente
ein, und die Wellenfront-Verzerrungs-Korrektur-Vorrichtung führt die
Wellenfront-Verzerrungs-Korrektur-Vorrichtung
in die exakt eine Wellenlängenkomponente
ein. Bei einer anderen Ausführungsform
besitzt der optische Strahl eine erste Wellenlängenkomponente und eine zweite
Wellenlängenkomponente,
führt der
Wellenfrontverzerrungsgenerator die bekannte Wellenfrontverzerrung in
die erste Wellenlängenkomponente
ein, aber nicht in die zweite Wellenlängenkomponente, und führt die Wellenfront-Verzerrungs-Korrektur-Vorrichtung
die Wellenfront-Verzerrungs-Korrektur-Vorrichtung in die erste Wellenlängenkomponente,
aber nicht in die zweite Wellenlängenkomponente
ein. Bei dieser zweiten Ausführungsform
können
die erste Wellenlängenkomponente
und die zweite Wellenlängenkomponente
in die gleiche Richtung laufen, oder sie können in entgegengesetzte Richtungen
durch das optische System laufen.
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Ein
Verfahren zur Verarbeitung eines optischen Strahls umfasst die Schritte
des Lieferns des optischen Strahls, danach Einführen einer bekannten Wellenfrontverzerrung
in zumindest eine Wellenlängenkomponente
des optischen Strahls, um einen verzerrten optischen Strahl zu bilden,
danach Bilden einer Zwischenabbildung des verzerrten optischen Strahls,
und danach Einführen
einer Wellenfrontverzerrungskorrektur in jede Wellenlängenkomponente des
optischen Strahls, in die die bekannte Wellenfrontverzerrung eingeführt wurde.
Die Wellenfrontverzerrung ist das Umgekehrte der bekannten Wellenfrontverzerrung,
die in den optischen Strahl eingeführt wurde. Dieses Verfahren
kann auf einen optischen Strahl angewendet werden, der eine einzelne Wellenlängenkomponente
besitzt, oder auf einen optischen Strahl, der mehr als eine Wellenlängenkomponente
besitzt, wie zuvor beschrieben.
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Der
vorliegende Lösungsweg
vermeidet die Bildung einer Zwischenabbildung mit hoher Energiedichte,
indem der optische Strahl verzerrt wird oder mit einer Aberration
versehen wird, bevor er den Ort der Zwischenabbildung erreicht,
und indem dann die Wellenfrontverzerrung des optischen Strahls korrigiert
wird, nachdem er den Ort der Zwischenabbildung durchlaufen hat.
Der Wellenfrontverzerrungsgenerator zum Einführen einer gesteuerten, bekannten
Wellenfrontverzerrung kann entworfen werden, indem herkömmliche
optische Entwurfstechniken verwendet werden. Das Nachführen des
verzerrten optischen Strahls durch den Ort der Zwischenabbildung
ermöglicht
eine Bestimmung der Energiedichte des verzerrten optischen Strahls
an dem Ort, und die erforderliche Wellenfrontverzerrung wird ausgewählt, so
dass die Energiedichte unterhalb dem Wert liegt, der das an diesem
Ort der Zwischenabbildung vorhandene Gas ionisieren würde. Da die
Wellenfrontverzerrung aus den Entwurfsparametern bekannt ist, kann
die entsprechende umgekehrte Wellenfrontverzerrungskorrektur leicht
in die Wellenfront-Verzerrungs-Korrektur-Vorrichtung eingearbeitet werden. Der
Wellenfrontverzerrungsgenerator und die Wellenfront-Verzerrungs-Korrektur-Vorrichtung
sind konfiguriert, um den optischen Strahl invers zueinander zu
verzerren, und arbeiten deshalb gleich gut auf den optischen Strahlwellenlängenkomponenten,
die sich in die gleiche Richtung ausbreiten oder auf den optischen
Strahlwellenkomponenten, die sich in entgegengesetzte Richtungen
ausbreiten.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden detaillierteren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
zusammen mit den begleitenden Zeichnungen, die rein beispielhaft
die Prinzipien der Erfindung darstellen. Der Umfang der Erfindung
ist jedoch nicht auf diese bevorzugte Ausführungsform beschränkt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Darstellung einer Fokussierungsvorrichtung;
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2 ist
ein Blockdiagramm eines optischen Systems, das die vorliegende Erfindung
verwendet;
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3 ist
eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des optischen Systems von 2;
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4 ist
eine Darstellung der Fokussierungsvorrichtung von 1,
die aber die Lösung
von 2 und 3 enthält;
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5 ist
eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des optischen Systems von 2;
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6 ist
eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des optischen Systems von 2;
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7 ist
eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des optischen Systems von 2;
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8 ist
eine schematische Seitenansicht eines reflektiven Wellenfrontverzerrungskorrektors; und
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9 ist
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Ausführung der Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt
ein bekanntes optisches System 20 mit einer Fokussierungsvorrichtung
in Form einer Dreispiegel-Anastigmatik-Vorrichtung 22.
Die Dreispiegel-Anastigmatik-Vorrichtung 22 umfasst
einen Hauptspiegel 24, einen Zweitspiegel 26 und
einen Drittspiegel 28. Ein optischer Strahl 30 durchläuft die Dreispiegel-Anastigmatik-Vorrichtung 22 in
beide Richtungen. Die Dreispiegel-Anastigmatik-Vorrichtung 22 fokussiert
den optischen Strahl 30 auf eine Zwischenabbildung 32,
die zwischen dem Zweitspiegel 26 und dem Drittspiegel 28 liegt.
Falls der optische Strahl 30 ein Hochleistungsstrahl, wie
beispielsweise ein Hochleistungslaserstrahl ist, oder einen solchen
enthält,
kann die Energiedichte des optischen Strahls 30 am Ort
der Zwischenabbildung 32 so hoch sein, dass die Luft oder
ein anderes Gas an diesem Ort ionisiert wird. Das ioni sierte Gas
verzerrt den optischen Strahl in unkontrollierter Weise, und stört die optische
Leistung des optischen Systems an anderen Orten.
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Um
diese unkontrollierte Wellenfrontverzerrung zu verhindern, wo eine
solche Fokussierungsvorrichtung verwendet werden muss, bestand die
frühere
Praxis darin, das ionisierbare Gas aus der Umgebung der Zwischenabbildung 32 zu
entfernen, indem ein Vakuumsystem 34 verwendet wird. Das
Vakuumsystem 34 umfasst eine Vakuumkammer 36, die
durch eine Vakuumpumpe 38 evakuiert wird, und Fenster 40 und 42,
die den optischen Strahl 30 in und aus der Vakuumkammer 36 übertragen.
In diesem Fall ist das Vakuumsystem als die gesamte Dreispiegel-Anastigmatik-Vorrichtung 22 umschließend dargestellt,
aber es kann stattdessen konfiguriert sein, um nur den Ort der Zwischenabbildung 32 zu
umschließen.
Während
dies für
einige Anwendungen machbar und geeignet ist, erhöht die Verwendung des Vakuumsystems 34 das
Gewicht, die Komplexität
und die Kosten des optischen Systems 20. Die Wartung des
Vakuumsystems 34 mit seiner Pumpe und den Abdichtungen,
um ein Vakuum zu gewährleisten,
wenn das optische System 20 verwendet wird, ist von ständiger Bedeutung.
Zusätzlich
erfordert das Vakuumsystem 34 spezielle Materialien für die Fenster 40 und 42,
und die vorhandenen Fenster 40 und 42 dämpfen den
optischen Strahl 30 und können zu einer unakzeptablen
Systemerhitzung führen. Diese
Probleme mit der Ausbildung einer Zwischenabbildung eines optischen
Hochleistungsstrahls wurden anhand der Dreispiegel-Anastigmatik-Vorrichtung 22 als
Fokussierungsvorrichtung beschrieben, allerdings treten die gleichen
Probleme bei anderen Typen von optischen Systemen auf, die eine
Zwischenabbildung eines optischen Hochleistungsstrahls bilden.
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2 zeigt
ein optisches System 50 entsprechend der vorliegenden Erfindung,
das diese Probleme überwindet
und die Notwendigkeit eines Vakuumsystems beseitigt. Das optische
System 50 umfasst eine Lichtquelle 52 für jede Wellenlängenkomponente
eines optischen Strahls 54. Ein Wellenfrontverzerrungsgenerator 56 führt eine
bekannte Wellenfrontverzerrung (d.h. eine Aberration der Licht-Wellenfront)
in zumindest eine Wellenlängenkomponente des
optischen Strahls ein, bevor eine Zwischenabbildung gebildet wird.
Eine Fokussierungsvorrichtung 58 empfängt den optischen Strahl 54,
erzeugt eine Zwischenabbildung des optischen Strahls 54 und
gibt den optischen Strahl 54 aus (In diesem Zusammenhang
umfasst eine „Zwischenabbildung" eine Zwischenabbildung
oder einen anderen räumlich
fokussierten oder konzentrierten Zwischenteil des optischen Strahls,
bei dem die örtliche
Strahlenergiedichte über
seinen Wert an einem entfernten Ort erhöht ist anders als bei einer
Endabbildung oder Fokus des Strahls. Solche Zwischenabbildungen
tauchen häufig
in optischen Systemen auf.) Nach der Ausbildung der Zwischenabbildung
in der Fokussierungsvorrichtung 58 führt ein Wellenfrontverzerrungskorrektor 60 eine
Wellenfrontverzerrungskorrektur in jede Komponente des optischen
Strahls 54 ein, in die die bekannte Wellenfrontverzerrung
durch den Wellenfrontverzerrungsgenerator 56 eingeführt wurde.
Die Wellenfrontverzerrungskorrektur ist das Umgekehrte der bekannten
Wellenfrontverzerrung, die in den optischen Strahl 54 durch
den Wellenfrontverzerrungsgenerator 56 eingeführt wurde.
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Die
Natur und die Größe der bekannten
Wellenfrontverzerrung werden ausgewählt, um die Zwischenabbildung
ausreichend zu verändern,
so dass die optische Energiedichte des optischen Strahls 54 an
allen Stellen innerhalb und nahe des Orts der Zwischenabbildung
unterhalb der zur Ionisierung der Luft oder eines anderen Gases
erforderlichen Energie zu halten, die/das an dem Ort der Zwischenabbildung
vorhanden ist. Diese Berechnung wird leicht mit Hilfe von optischen
Programmen, wie beispielsweise CODEVTM-Programm,
durchgeführt,
die im Stand der Technik für
andere Programme bekannt sind. Diese Programme ermöglichen
das Nachführen
der Strahlpfade und die Berechnung der optischen Leistungsdichte
an jedem Ort entlang des Strahlpfads einschließlich des Orts der Zwischenabbildung.
Das Ergebnis des Einführens
der bekannten Wellenfrontverzerrung besteht darin, dass die Luft
oder ein anderes Gas an dem Ort der Zwischenabbildung nicht ionisiert
wird und damit kein Vakuumsystem benötigt wird. Die Natur und die
Größe der Wellenfrontverzerrung,
die von dem Wellenfrontverzerrungsgenerator 56 eingeführt wird,
sind bekannte Entwurfsparameter, und deshalb werden die gleichen
Entwurfsparameter eingesetzt, allerdings invers, um den Wellenfrontverzerrungskorrektor 60 zu
entwerfen. Folglich ist der optische Strahl, der den Wellenfrontverzerrungskorrektor 60 verlässt, frei
von einer optischen Wellenfrontverzerrung, die von dem Wellenfrontverzerrungsgenerator 56 eingeführt wurde.
Da der optische Pfad durch das optische System 50 reziprok
ist, kann Licht entlang eines Strahlpfads in beide Richtungen durch
das optische System 50 laufen und die Vorteile der vorliegenden
Lösung
nutzen.
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Der
allgemeine Lösungsweg
von 2 kann auf einer Vielzahl von Wegen implementiert
werden, und die 3–8 zeigen
einige dieser Wege. Diese Beispiele sind mit Bezug auf die Dreispiegel-Anastigmatik-Vorrichtung
als Fokussierungsvorrichtung 58 dargestellt, allerdings
sind die dargestellten Wellenfrontverzerrungsgeneratoren und Wellenfrontverzerrungskorrek toren
in gleicher Weise bei anderen Typen von Fokussierungsvorrichtungen
anwendbar, die eine Zwischenabbildung erzeugen (d.h. eine Abbildung
oder ein anderer fokussierter oder konzentrierter Bereich des Strahls,
der nicht die Endabbildung auf einem Sensor oder einer anderen Vorrichtung
ist). Bei diesen Beispielen sind eine Anzahl von gemeinsamen Elementen
mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und die andere Diskussion wird
in die Diskussion jedes Beispiels, wenn geeignet, mit eingepasst.
Nur ein einzelner Strahlpfad ist in den gesamten Zeichnungen, wie
in den 3, 5, 6, 7 und 8 dargestellt,
um Verwirrung zu vermeiden. Merkmale der verschiedenen Ausführungen
können
konsistent in anderen Kombinationen miteinander verwendet werden.
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In 3 ist
der Wellenfrontverzerrungsgenerator 56 eine refraktive
Linse, die an der Eingangspupille der Dreispiegel-Anastigmatik-Vorrichtung 22 platziert
ist, die als Fokussierungsvorrichtung 58 dient. Der refraktive
Linsen-Wellenfrontverzerrungsgenerator 56 ist eine Linse,
die aus einem Material hergestellt ist, die für Wellenlängen in dem Lichtstrahl 54 transparent
ist. Die Eintrittsseite der Linse kann flach sein, und die Ausgangsseite
kann eine asphärische
Oberfläche
in einer Form haben, die entworfen ist, um die gewünschte Aberration
in den Lichtstrahl einzuführen. 4 zeigt
diese Anordnung in größerem Detail.
Der refraktive Wellenfrontverzerrungsgenerator 56 ist an
der Eingangspupille der Dreispiegel-Anastigmatik-Vorrichtung 22 platziert, um
den optischen Strahl 54 kontrolliert zu verzerren, so dass
ein Zwischenfokus 62 eine Aberration auf eine große Punktgröße mit einer
geringen optischen Leistungsdichte erfährt, im Gegensatz zu einer
sehr kleinen Punktgröße mit einer
hohen optischen Leistungsdichte. Der refraktive Wellenfrontverzerrungsgenerator 56 ist
entworfen, so dass die Aberration an dem mit einer Aberration versehenen
Zwischenfokus 62 ausreichend ist, dass das Gas an diesem
Ort nicht ionisiert. Die bekannte Wellenfrontverzerrung wird reflektiv
korrigiert in diesem Fall durch die Reflektion an dem Hauptspiegel 24,
der als Wellenfrontverzerrungskorrektor 60 der Dreispiegel-Anastigmatik-Vorrichtung 22 dient.
Der Hauptspiegel ist entworfen, um die gewünschte Wellenfrontverzerrungskorrektur
einzuführen,
die das Umgekehrte der Wellenfrontverzerrung ist, die durch den
Linsenverzerrungsgenerator 56 eingeführt wurde. Diese Ausführungsform
hat den Vorteil, dass sie auf den Lichtstrahl 54 mit einem
breiten Spektralband und einem breiten Sichtfeld anwendbar ist.
In diesem Fall sind der Wellenfrontverzerrungsgenerator 56 und
der Wellenfrontverzerrungskorrektur 60 integraler Bestandteil
der Fokussierungsvorrichtung 58. Zurückkommend auf die 3 sind
die Faltspiegel 64 in diesem Fall reflektive Spiegel, die
keine Wellenfrontverzerrungen in den reflektierten optischen Strahl 54 einführen.
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Der
Wellenfrontverzerrungsgenerator 56 der 5 besitzt
einen refraktiven Linsen-Wellenfrontverzerrungsgenerator 56 und
einen refraktiven Linsen-Wellenfrontverzerrungskorrektor 60,
deren jeder nicht integraler Bestandteil der Fokussierungsvorrichtung 58 ist.
Der refraktive Linsen-Wellenfrontverzerrungskorrektor 60 besitzt
die asphärische
Oberfläche,
die umgekehrt zu der Aberration geformt ist, die von der refraktiven
Linse des Wellenfrontverzerrungsgenerators 56 eingeführt wird.
Eine reflektiver Wellenfrontverzerrungsgenerator 56 oder
ein difraktiver Wellenfrontverzerrungsgenerator 56 können an Stelle
des refraktiven Wellenfrontverzerrungsgenerators 58 in
dieser und anderen Ausführungsformen verwendet
werden, sofern sie einsetzbar sind. Ein reflektiver Wellenfrontverzerrungskorrektor 60 oder
ein difraktiver Wellenfrontverzerrungskorrektor 60 können an
Stelle des refraktiven Wellenfrontverzerrungskorrektors 60 bei
dieser und anderen Ausführungsformen,
wo einsetzbar, verwendet werden.
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Die
Ausführungsform
von 6 zeigt reziprokale Lichtstrahlen 54 mit
zwei unterschiedlichen Wellenlängen λ1 und λ2,
die die Fokussierungsvorrichtung 58 auf dem gleichen Strahlpfad,
aber in entgegengesetzte Richtungen, durchlaufen. Die Quelle 52 ist
die Quelle eines Lichtstrahls 54a einer ersten Wellenlängenkomponente λ1,
die sich von links nach rechts in 6 ausbreitet.
Eine Quelle (nicht gezeigt, aber typischerweise eine andere optische
Komponente, die das Licht von einer betrachteten Szene empfängt) außerhalb
des optischen Systems 50 ist die Quelle des Lichtstrahls 54b einer
zweiten Wellenlängenkomponente λ2,
die von rechts nach links in der Ansicht von 6 läuft. Der
Lichtstrahl 54a durchläuft
einen wellenlängenselektiven
Spiegel 66, wobei der Lichtstrahl 54b von dem
wellenlängenselektiven
Spiegel 66 auf einen Detektor 68 reflektiert wird.
Der Lichtstrahl 54a mit der Wellenlängenkomponente λ1 durchläuft den
refraktiven Wellenfrontverzerrungsgenerator 56, die Fokussierungsvorrichtung 58 und
den refraktiven Wellenfrontverzerrungskorrektor 60. Der
Lichtstrahl 54b mit der Wellenlängenkomponente λ2 tritt
von rechts ein, durchläuft
den Wellenfrontverzerrungskorrektor 60 (der für den Lichtstrahl 54b momentan
dazu dient, die Wellenfrontverzerrung in den Lichtstrahl 54b einzuführen), durchläuft die
Fokussierungsvorrichtung 58 in entgegengesetzte Richtung
zu der Richtung des Lichtstrahls 54a, durchläuft den
refraktiven Wellenfrontverzerrungsgenerator 56 (der bei
dem Lichtstrahl 54b momentan dazu dient, die Wellenfrontverzerrung in
dem Lichtstrahl 54b zu korrigieren), wird durch den wellenlängenselektiven
Spiegel 66 reflektiert und wird von dem Detektor 68 empfangen.
Die Fähigkeit des
optischen Systems 50, entgegengesetzt wandernde Lichtstrahlen 54a und 54b zu
verarbeiten, ergibt sich aus der reversiven Natur des optischen
Systems, insbesondere der Komponenten 56 und 60.
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7 zeigt
ein optisches System 50, in dem nur die erste Wellenlängenkomponente 54a verzerrt und
korrigiert wird. Die erste Wellenlängenkomponente 54a durchläuft den
refraktiven optischen Korrektor 56 von links nach rechts,
den wellenlängenselektiven
Spiegel 66 und die Fokussierungsvorrichtung 58.
Sie wird dann von einem selektiven Wellenfrontverzerrungskorrektor 70 reflektiert,
der als Wellenfrontverzerrungskorrektor 60 für die erste
Wellenlängenkomponente 54a dient,
um die Wellenfrontverzerrung in der ersten Wellenlängenkomponente 54a zu
korrigieren, aber keine Auswirkung auf die zweite Wellenlängenkomponente 54b besitzt
mit der Ausnahme, dass sie reflektiert wird. Die zweite Wellenlängenkomponente 54b,
die von rechts nach links läuft,
reflektiert an dem selektiven Wellenfrontverzerrungskorrektor 70 ohne
eine Wellenfrontverzerrung zu erfahren, durchläuft die Fokussierungsvorrichtung 58 und
wird an dem wellenlängenselektiven
Spiegel 66 und auf den Detektor 68 reflektiert
(ohne die Komponente 56 zu durchlaufen). Somit wird in
der Ausführungsform
des optischen Systems 50 von 7 nur der
Lichtstrahl 54a verzerrt und korrigiert, bevor er die Fokussierungsvorrichtung 58 durchläuft, und keine
Wellenfrontverzerrung/-korrektur wird in den Lichtstrahl 54b eingefügt. Diese
Selektivität
ist passend, da bei diesem Beispiel der Lichtstrahl 54a der Wellenlänge λ1 ein
Hochleistungslaserstrahl ist, wie beispielsweise bei einer 1,06
Mikrometerwellenlänge,
während
der Lichtstrahl 54b der Wellenlänge λ2 ein
Strahl geringer Leistung im sichtbaren, nahen Infrarot, Mittelinfrarot
und/oder einem fernen Infrarotwellenlängen-Bereich ist. Nur der Hochleistungslichtstrahl 54a kann
die Ionisation in der Fokussierungsvorrichtung 58 verursachen,
falls die Wellenfront nicht verzerrt wird. Die Ausführungsformen
von 6 und 7 unterscheiden sich darin,
dass die Ausführungsform
von 6 Licht aller Wellenlängenkomponenten verzerrt und
korrigiert, während
die Ausführungsform
von 7 nur die Wellenlängenkomponente (Lichtstrahl 54a)
ausreichend hoher optischer Energiedichte verzerrt und korrigiert,
die Gas an dem Zwischenfokus in der Fokussierungsvorrichtung 58 ionisieren
würde.
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Eine
Form des selektiven Wellenfrontverzerrungskorrektors 70 der 7 ist
in 8 gezeigt. Ein transparentes Glas 72 (oder
ein anderes transparentes Material) besitzt einen Dünnfilm 74 mit
mehreren Schichten, wie beispielsweise ein Rugatefilter, der auf
eine verzerrungsfreie Frontfläche 74 gebracht wird.
Der mehrschichtige Dünnfilm 76 wird
entworfen, um Licht der Wellenlänge λ2 zu
reflektieren, aber Licht der Wellenlänge λ1 zu übertragen.
Solche mehrschichtigen Dünnfilme 76 sind
weit bekannt für
andere Zwecke, wie beispielsweise antireflektive Beschichtungen.
Der Lichtstrahl 54b wird folglich an dem selektiven Wellenfrontverzerrungskorrektor 70 ohne
jegliche Wellenfrontverzerrung reflektiert. Das heißt, dass
für den
Lichtstrahl 54b der selektive Wellenfrontverzerrungskorrektor 70 nur
als ein Faltspiegel dient. Der Lichtstrahl 54a durchläuft den
mehrschichtigen Dünnfilm 76 und
wird an dessen Rückfläche 78 reflektiert.
Die Rückfläche 78 besitzt
das Gegenteil der Wellenfrontverzerrung, die in den Lichtstrahl 54 an dem
refraktiven Wellenfrontverzerrungsgenerator 56 von 7 eingeführt wurde.
Nach der Reflektion von der Wellenfrontverzerrungs-Korrekturrückfläche 78 durchläuft der
Lichtstrahl 54a wiederum den mehrschichtigen Dünnfilm 76.
Der selektive Wellenfrontverzerrungskorrektor 70 führt folglich
die erforderliche Wellenfrontverzerrungskorrektor in den Lichtstrahl 54a ein,
führt aber
keine Wellenfrontverzerrung in den Lichtstrahl 54b ein.
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9 zeigt
eine bevorzugte Lösung
zur Ausführung
des Verfahrens der Erfindung. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen
des optischen Strahls 54, Bezugszeichen 90. Eine
bekannte Wellenfrontverzerrung wird anschließend in zumindest eine Wellenlängenkomponente
des optischen Strahls 54 eingeführt, um einen verzerrten optischen
Strahl zu bilden, Bezugszeichen 92. Eine Zwischenabbildung
des verzerrten optischen Strahls wird danach gebildet, Bezugszeichen 94.
Eine Wellenfrontverzerrungskorrektur wird danach in jede Wellenlänge des
optischen Strahls eingeführt,
in die die bekannte Wellenfrontverzerrung eingeführt wurde, Bezugszeichen 96.
Die Wellenfrontverzerrungskorrektur ist das Gegenteil der bekannten
Wellenfrontverzerrung, die in den optischen Strahl eingeführt wurde.
Diese Schritte können
bei jeder der Ausführungsformen
des optischen Systems 50 ausgeführt werden, die hier diskutiert wurden,
oder bei jedem anderen geeigneten optischen System.
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Obgleich
eine bestimmte Ausführungsform der
Erfindung im Detail zum Zwecke der Erläuterung beschrieben wurde,
können
verschiedene Modifikationen und Verbesserungen ausgeführt werden,
ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.