Przedmiotem wynalazku jest uklad optyczny do zmiany szerokosci i rozbieznosci wiazek promieniowania laserów.Dotychczas znane byly pojedyncze niestanowiace ciagu uklady optyczne do zmiany szerokosci i rozbieznosci wiazki promieniowania laserowego przewaznie w postaci lunet typu Galileusza lub Keplera, pracujace w stosunkowo malych otworach wzglednych np. 1: k = 1:7. Wsród konstrukcji skladników lunet czesto spotykane byly zespoly dwóch soczewek klejonych, co obnizalo wytrzyma¬ losc na dzialanie promieniowania laserowego, ponadto dla zapewnienia dobrej korekcji aberracji otwór wzgledny byl maly, np. 1: k = 1:7, co dla uzyskania równoleglych wiazek o duzej srednicy wymagalo budowy dlugich ukladów. Skladniki optyczne lunet mialy aberracje korygowane dla linii widmowych e, f, c' /d, f, c/ dla achromatów lub dla wiekszej ilosci linii niz trzy dla superachro- matów lub tez byly to uklady monochromatyczne dla okreslonej linii promieniowania laserowego.Linie najlepszej korekcji skladników lunet róznily sie od najczesciej stosowanych linii laserowych.Achromatyzacja ukladów optycznych w technice laserowej nie jest konieczna, poniewaz zawsze pracuja one w promieniowaniu monochromatycznym, a w przypadku zmiany linii promieniowania mozna je przestrajac.Celem wynalazku jest uzyskanie zestawu ukladów optycznych o wysokiej jakosci i wytrzyma¬ losci na promieniowanie laserowe, przeznaczonych do zmiany szerokosci i rozbieznosci wiazek promienowania laserów nie posiadajacych wad i niedogodnosci dotychczas stosowanych ukladów.Cel ten zostal osiagniety przez opracowanie calego zestawu skladników dodatnich lub uje¬ mnych o stalym, duzym otworze wzdlednym, zbudowanie skladników zestawu wylaczenie z pojedynczych soczewek nieklejonych, skorygowanie aberracji otworowych w calym zakresie widma 488-1060 nm bez achromatyzowania ukladów optycznych oraz skonstruowanie mechani¬ cznych elementów laczacych poszczególne skladniki zestawu.Dzieki opracowaniu calego zestawu skladników dodatnich i ujemnych o skokowej zmianie ogniskowej z ilorazem 2 i 1,5, ze stosunkowo niewielkiej liczby skladników mozna uzyskac duza rodzine stosunkowo krótkich lunetek Galileusza lub Keplera, dla róznych srednic wiazek lasero- LUDOWA URZAD PATENTOWY PRL2 128 089 wych o róznych powiekszeniach i róznych rozbieznosciach zmieniajacych sie skokowo c iloczynie 2 i 1,5 lub stosowac pojedyncze skladniki zestawu do skupiania albo rozpraszania wiazek laserowych przy zachowaniu wymaganego ksztaltu czola fali z dokladnoscia wieksza niz warunek Rayleigha.Przez zbudowanie skladników zestawu wylacznie z pojedynczych soczewek nieklejonych uzyskano wysoka odpornosc ich na uszkodzenia promieniowaniem laserowym.Dzieki skorygowaniu aberracji otworowych (aberracja sferyczna i odstepstwo od warunku sinusów) w calym zakresie widma (dla linii 488 nm, 514,5nm, 632,8 nm, 694,3 nm, 1060 nm) bez achromatyzowania ukladów optycznych uzyskano uklady o dobrej korekcji i duzym otworze wzglednym 1: k = 1:3 przy zastosowaniu typowych szkiel optycznych i malej ilosci soczewek.Dzieki odpowiedniej konstrukcji uchwytu mechanicznego zrealizowano mozliwosc precyzyj¬ nego wspólosiowego polaczenia dodatnich i ujemnych skladników zestawu oraz ich latwa wymien- nosc, zapewniono mozliwosc czyszczenia wiazki laserowej (filtracja przestrzenna) a takze stworzono mozliwosc stosowania skladników zestawu w róznych urzadzeniach i ukladach badawczych.Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia lunete typu Keplera w schemacie blokowym zbudowana ze skladników zestawu; fig. 2 — lunete typu Galileusza w schemacie blokowym zbudowana ze skladników zestawu; fig. 3 skladnik o ogniskowej f=450 mm w schmacie; fig. 4 — pozostale skladniki o ogniskowych dodatnich w schemacie; fig. 5 — pozostale skladniki o ogniskowych ujemnych w schemacie ; fig. 6 — uchwyt mechaniczny laczacy dowolne skladniki zestawu.W lunecie typu Keplera równolegla wiazka promieniowania wychodzaca z lasera 1 pada na optyczny dodatni sklanik 2 zestawu i skupiona zostaje w jego ognisku, w którym znajduje sie element czyszczacy 3 wiazke laserowa. Po przejsciu przed dodatni skladnik 4 powstaje znów wiazka równolegla.Rózne kombinacje zestawiania lunet typu Keplera i mozliwe uzyskiwane w nich powiekszenia oraz szerokosci wiazek laserowych przedstawia tabela I.W lunecie typu Galileusza równolegla wiazka promieniowania wychodzaca z lasera 1 przecho¬ dzi przez dodatni skladnik 5 i ujemny skladnik 6 ulegajac poszerzeniu. Mozliwe uzyskiwane powiekszenia i srednice wiazek laserowych w lunecie typu Galileusza przedstawia tabela II.Przedstawiony na fig. 3 skladnik o ogniskowej f = 450 nm sklada sie z czterech soczewek 7,8,9 i 10.Przedstawiony na fig. 4 skladnik dodatni sklada sie z trzech soczewek 11,12 i 13. Skladniki zbudowane z takich soczewek moga miec nastepujace ogniskowe: f=300mm; f=192mm; f=96mm; f=48mm oraz f=24mm, w zaleznosci od doboru parametrów tych soczewek.Przedstawiony na fig. 5 skladnik ujemny sklada sie z trzech soczewek 14,15 i 16. Skladniki zbudowane z takich soczewek moga miec nastepujace ogniskowe: f=-96mm; f=-48mm; f=-24mm; f=-12mm; f=-6mm.Kolejne promienie krzywizn soczewek w podanym przykladzie szczególowego rozwiazania oznaczono kolejnymi symbolami od n do r2o, grubosci soczewek oraz odstepy powietrzne miedzy nimi oznaczono — di do dn, srednice czynna odpowiedniego skladnika oznaczono — D. Dane konstrukcyjne skladników zestawu (promienie powierzchni soczewek, odstepy miedzy nimi oraz wartosci wspólczynników zalamania i dyspersji szkiel optycznych) przedstawiono w tabeli III oraz w tabeli IV.W uchwycie mechanicznym przedstawionym na fig. 6 zamocowane sa wspólosiowo tuleje osadcze 18 i 19 z kolkami ustalajacymi 21 i gwintowanymi pierscieniami mocujacymi 20. Kazdy ze skladników dodatnich i ujemnych obudowany jest w tuleje 17 zakonczona czescia osadcza z wycieciem i gwintem umozliwiajacymi jednoznaczne ustawienie skladnika w tulei osadczej 18 i 19.Przesuw skladnika zestawu wzdluz osi optycznej realizuje sie przez obrót pierscienia 22 przesuwajacego tuleje osadcza 19 dzieki polaczeniu gwintowemu. Wpust 23 zabezpiecza tuleje osadcza 19 przed obrotem. Wewnatrz uchywtu mechanicznego w obudowie 24 umieszczony jest mechanizm krzyzowy 25 z gniazdem, w którym osadzony jest wymienny element 26 z otworem umozliwiajacym czyszczenie wiazki laserowej (filtracja przestrzenna). Prawidlowe ustawienie otworu czyszczacego wiazke laserowa uzyskuje sie przez przemieszczanie go ruchem krzyzowym w128089 3 plaszczyznie prostopadlej do osi ukladu. Ruch krzyzowy mechanizmu 2!5 realizuje sie obrotem bebnów srub mikrometrycznych 27.Efektem techniczno-ekonomicznym stosowania wynalazku jest unifikacja skladników zestawu umozliwiajaca ich stosowanie w róznych przyrzadach i badawczych ukladach laserowych.Tabela I f/Dskla: f/Dskta. 450/150 300/100 192/64 96/32 48/16 24/8 450/150 1 1,5 2,34 4,69 9,375 18,75 300/100 0,67 1 1,56 3,125 6,25 12,5 192/64 0,43 0,64 1 2 4 8 96/32 0,21 0,32 0,5 1 2 4 48/16 0,11 0,16 0,25 0,5 1 2 24/8 0,05 0,08 0,125 0,25 0,5 1 gdzie: f — ogniskowa skladnika D — srednica czynna skladnika T a b e la II f/Dsklas f/Dsklas -96/32 -48/16 -24/8 -12,4 450/150 4,69 9,375 18,75 37,5 300/100 3,125 6,25 12,5 25 192/64 2 4 8 16 96/32 — 2 4 8 48/16 — — 2 4 24/8 — — — 2 - 6/2 " 75 50 32 16 8 4128089 Tabela III Skladnik o ogniskowej f 450 300 192 96 48 24 Promienie krzywizn r,= 490 r2=-993 r3=-687 r4 1820 r5 299 r6= 172 r7= 173 r8= 769 r9 = 446 r io=-200 ru = -194 n2=-820 r,3= 175 ru= 993 r9 = 285 r,0=-127 r,, = -123 ri2=-508 r„= 110 ru= 562 r9 = 123 rio= -61 r„= -59 r,2=-280 r,3= 53 ru= 201 r»=60 r,0= -31 r„= -30 r,2=-143 rn= 27 r,4= 104 r9 = 28 rio=-16 rn = -15 r,2=-76 rn= 12 Odleglosc miedzy powierzchniami d,= 19 d210 d3=12 d4= 128 d5=10 d«=41 d7=15 d8 =16 d9=6 d10=7 du = 3 d12=15 dg =11 d9=4 dio=5 d,, = 2 di2=10 d8 =6 d9 =2 d10=3 d„=l d = 5 d, =3 d9 =1 d,o=3 du = l d,2=3 dg =2 d» =1 d,o=l d„=l dn=2 Wspólczynniki zalamania 1,69401 1 1,85504 1 1,85504 1 1,69401 1,55440 1 1,72005 1 1,46619 1,55440 1 1,72055 1 1,46619 1,55440 1 1,72055 1 1,46619 1,55440 1 1,72055 1 1,46619 1,55440 1 1,72055 1 1,46619 Liczba Abbego 54,5 23,6 23,6 54,5 63,3 47,7 65,5 63,3 47,7 65,5 63,3 47,7 65,5 63,3 47,7 65,5 63,3 47,7 65,5 Tabela IV Skladnik o ogniskowej f Promienie krzywizn Odleglosc miedzy powierzchniami Wspólczynniki zalamania Liczba Abbego -96 r,5= 507 ri«= 83 r,7=-482 r,«=-129 r,9=-166 f2o= 88 d„=4 du=5 d,j=5 d,«=2 d,7=3 1,46619 1 1,71059 1 1,55440 65,5 47,7 63,3128089 $ r,5= 134 du=2 1,46619 65,5 r,«= 31 d,4=3 1 -48 rl7=-117 d,5=3 1,72055 47,7 r»= -37 d,«=l 1 r»= -36 d,7=2 1,55440 63,3 r*=79 ris= 96 du=l 1,46619 65,5 r,«= 17 dM=2 1 -24 rn=-62 d.5=2 1,72055 47,7 r,,=-19 d,«=l 1 r„=-18 dn=l 1,55440 63,3 rio=40 r,j= 62 d,j=2 1,46619 65,5 rw= 9 d,4=3 1 -12 ri7=-31 di5=2 1,72055 47,7 r«=-10 dM-l 1 r„= -9 di7=l 1,55440 633 r»= 26 r15= 35 d,,=l 1,46619 65,5 Tu= 5 dw*2 1 -6 r17=-17 di5=2 1,72055 47,7 ru= -6 di«=l 1 r,,= -5 dn=l 1,55440 633 r»= 13 Zastrzezenia patentowe 1. Uklad optyczny do zmiany szerokosci i rozbieznosci wiazki promieniowania laserów, znamienny tym, ze sklada sie z trzech skladników dodatnich (2,4,5) i jednego skladnika ujemnego (6) majacych staly otwór wzgledny i skorygowana aberracje sferyczna,przyczymskladniki(2,4,5, 6) sa elementami wymiennymi a ich ogniskowe tworza ciagi geometryczne. 2. Uklad optyczny wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze skladniki (2,4,5, f) zbudowane z pojedynczych soczewek nieklejonych umieszczone sa w obudowach o identycznych zakonczeniach osadzonych wspólosiowo w tulejach (18, 19) uchwytu mechanicznego, z mozliwoscia przesuwu wzdluz wspólnej osi. 3. Uklad optyczny wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze pomiedzy tulejami osadczymi (18,19) umieszczone sa w mechanizmie ruchu krzyzowego (25) wymienne elementy (26) z otworami, których polozenie w plaszczyznie prostopadlej do osi optycznej ukladu ustala sie przez obrót srub mikrometrycznych (27).128089 1 V z r \ \ 4 ~l ( \ l .1 1 T Fig. 1 1 j' 1 ! i i \ V 1 Ra. 2128089 8 d,\ 4. f, / '/ RgJ 1L A. 12- 4rif.f» Y" ftf « iS 16 r9 l, rH r^ r„ ru r* rf6 rvrwrf9 r* Fig. 4 Fia.S128089 Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 cgz.Cena 100 zl PL