Pierwszenstwo: Zgloszenie ogloszono: 31.05.1973 Opis patentowy opublikowano: 20O2.1975 75436 KI. 21&53/00 MKP HOls 3/02 Twórcywynalazku: Lech Borowicz, Tadeusz Cesarz Uprawniony z patentu tymczasowego: Wojskowa Akademia Techniczna im, J-aroslawa Dabrowskiego, Warszawa (Polska) Uklad zwierciadlanych obiektywów skupiajacych lub kolimujacych promieniowanie laserowe Przedmiotem wynalazku jest uklad zwierciadla¬ nych obiektów skupiajacych lub kolimujacych pro¬ mieniowanie laserowe.Do skupiania i kolimacji promieniowania lasero¬ wego stosowane sa dotychczas dwa typy ukladów: uklady soczewkowe lub zwierciadlane bez symetrii obrotowej oraz uklady zwierciadlane z symetria obrotowa i centralnym otworem wejsciowym.W przypadku ukladów soczewkowych, soczewki wykonane sa ze szkla kwarcowego, szkla optycz¬ nego lub z krysztalów, które to materialy ograni¬ czaja zakres stosowania tych ukladów do wybra¬ nych typów laserów takich jak na przyklad lase¬ rów na ciele stalym, a ponadto materialy te daja duze straty energetyczne spowodowane odbiciem promieniowania od powierzchni soczewek i absorp¬ cja promieniowania przez soczewki. Soczewki wy¬ konywane z materialów higroskopijnych, takich jak chlorek sodu lub potasu, podlegaja natomiast szyb¬ kiej korozji i dlatego mozna je stosowac jedynie w warunkach laboratoryjnych.Uklady zwierciadlane bez symetrii obrotowej, nie dajace strat energetycznych wystepujacych w ukla¬ dach soczewkowych, maja jednak te wade, ze unie¬ mozliwiaja prawidlowa korekcje aberacji.Najbardziej korzystne ze wzgledów konstrukcyj¬ nych i korekcyjnych sa znane uklady zwierciadla¬ ne z symetria obrotowa i centralnym otworem wejsciowym. Uklady te skladaja sie ze zwierciadla wkleslego o symetrii obrotowej, posiadajacego cen- 10 15 20 25 so tralny otwór wejsciowy oraz z wypuklego zwier¬ ciadla usytuowanego ponizej zwierciadla wkleslego i przeslaniajacego otw^ór wejsciowy.Promienie laserowe padajac, przez otwór wejscio¬ wy zwierciadla wkleslego, na zwierciadlo wypukle odbijaja sie od niego i padaja na zwierciadlo wkle¬ sle, które skupia lub kolimuje promienie w zalez¬ nosci od promieni krzywizny i wzajemnego usy¬ tuowania obu zwierciadel.Uklad ten ma jednak te wade, ze nie moze byc stosowany do ksztaltowania wiazki promieni lase¬ rowych, zwlaszcza z gaussowskim rozkladem nate¬ zenia promieniowania w przekroju poprzecznym z uwagi na to, ze straty promieniowania wynika¬ jace ze zjawiska centralnego przeslaniania spowo¬ dowane odbiciem promieni z powrotem do zródla promieniowania przez otwór centralny wynosza kil¬ kadziesiat procent.Celem wynalazku jest unikniecie powyzszych wad znanego ukladu zwierciadlanego o symetrii obrotowej z centralnym otworem.Istota wynalazku polega na tym, ze uklad zwier¬ ciadlany o symetrii obrotowej z centralnym otwo¬ rem zawiera cztery zwierciadla plaskie, usytuowa¬ ne miedzy zródlem promieniowania laserowego a zwierciadlem o symetrii obrotowej. Dwa srodko¬ we zwierciadla posiadaja ksztalt najkorzystniej graniastoslupów prostych o podstawie równora¬ miennego trójkata prostokatnego i przylegaja do siebie plaszczyznami wyznaczonymi przez przypro- 75 43675 436 3 stokatne podstawy tak, ze wierzcholek kata pro¬ stego zlozonego z nich graniastoslupa lezy na osi symetrii ukladu od strony padania promieni lasero¬ wych. Dwa skrajne zwierciadla usytuowane sa tak, ze plaszczyzna odbijajaca promienie laserowe kaz¬ dego ze zwierciadel jest równolegla do naprzeciw¬ leglej plaszczyzny odbijajacej jednego ze zwiercia¬ del srodkowych.Podstawa graniastoslupa zlozonego z dwóch zwierciadel srodkowych posiada przeciwprostokat- na równa srednicy wiazki promieniowania lasero¬ wego, a odleglosc krawedzi dolnej kazdej z plasz¬ czyzn odbijajacych zwierciadel skrajnych od osi symetrii ukladu równa jest co najmniej promie¬ niowi otworu centralnego, przy czym dlugosc zwierciadel srodkowych i skrajnych równa jest co najmniej srednicy wiazki promieniowania.Dzieki zastosowaniu dodatkowego zespolu zwier¬ ciadel usytuowanych miedzy zwierciadlem o syme¬ trii obrotowej a zródlem promieniowania laserowe¬ go zostaly wyeliminowane calkowicie straty wyni¬ kajace ze zjawiska centralnego przeslaniania.Uklad wedlug wynalazku zostanie ponizej szcze¬ gólowo objasniony w przykladzie wykonania po¬ kazanym na rysunku, który przedstawia przekrój poprzeczny ukladu do skupiania promieni lasero¬ wych, zawierajacy zwierciadla srodkowe w ksztal¬ cie graniastoslupów o podstawie prostokatnego trój¬ kata równoramiennego i zwierciadla skrajne w ksztalcie plytek plaskorównoleglych.Uklad zwierciadlanych obiektów sklada sie ze znanych: zwierciadla 5 stanowiacego zwierciadlo wklesle o symetrii obrotowej z centralnym otwo¬ rem 7 i wypuklego zwierciadla 6, usytuowanego pod zwierciadlem 5, przeslaniajacego jego otwór cen¬ tralny. Ponadto uklad zawiera cztery zwierciadla 1, 2, 3 i 4 umieszczone miedzy zródlem promie¬ niowania laserowego a zwierciadlem 5. Zwierciadla 3 i 4 stanowia graniastoslupy proste o podstawie równoramiennego trójkata prostokatnego, a zwier¬ ciadla 1 i 2 plytki plaskorównolegle. Zwierciadla srodkowe 3 i 4 przylegaja do siebie plaszczyznami wyznaczonymi przez przyprostokatne podstawy tak, ze kat prosty trójkata stanowiacego podstawe zlo¬ zonego z nich graniastoslupa prostego lezy na osi symetrii ukladu od strony zródla promieni lasero¬ wych, które padaja na plaszczyzny 3a i 4a zwier¬ ciadel 3 i 4. Dlugosc przeciwprostokatnej podstawy graniastoslupa zlozonego ze zwierciadel 3 i 4 rów¬ na jest co najmniej szerokosci wiazki A promie¬ niowania laserowego. Dwa skrajne zwierciadla 1 i 2 usytuowane sa tak, ze ich plaszczyzny odbija¬ jace la i 2a sa równolegle odpowiednio do plasz¬ czyzn 3a i 4a odbijajacych promienie laserowe.Odleglosc plaszczyzn skrajnych zwierciadel 1 i 2 równa jest co najmniej srednicy otworu central- 4 nego 7. Promien krzywizny zwierciadla 6 jest tak dobrany, ze promienie odbite od plaszczyzn la i 2a a nastepnie odbite od powierzchni zwierciadla 6, padaja na zwierciadlo 5 poza otworem central- 5 nym.Wiazka promieni laserowych A pada na plasz¬ czyzny 3a i 4a zwierciadel 3 i 4, które dziela wiaz¬ ke A na dwie równe wiazki A2 i A2.Wiazka Ai odbita od plaszczyzny la zwierciadla 1, a wiazka A2 odbita od plaszczyzny 2a zwier¬ ciadla 2 padaja na powierzchnie odbijajaca zwier¬ ciadla 6. Nastepnie wiazki Ax i A2 odbite od zwier¬ ciadla 6 padaja na zwierciadlo 5. Promien krzy¬ wizny zwierciadla 6 jest tak dobrany do wymiarów zwierciadel 1 i 2 oraz do otworu centralnego zwier¬ ciadla 5, ze wszystkie promienie odbite od zwier¬ ciadla 6 padaja na powierzchnie zwierciadla 5.Promien krzywizny zwierciadla 5 dobrany jest w zaleznosci od zadanego polozenia punktu F skupiajacego promieniowanie laserowe oraz w za¬ leznosci od zadanej korekcji aberacji ukladu.W przypadku gdy uklad sluzy do kolimacji pro¬ mieni laserowych zwierciadla 5 i 6 tworza uklad lunety Galileusza. PL PL