RU1815472C - Источник остронаправленного луча - Google Patents

Abstract

Использование: в светотехнике, в оптических системах и дл  создани  узкого, высокоплотного и остронаправленного некогерентного пучка световой энергии. Сущность изобретени : устройство состоит из двух пар соосно и софокусно установленных параболических зеркал 1, 5, 3, 6 с источником излучени  2 в одном из фокусов. Параметры зеркал (диаметры и фокусные рассто ни ) наход тс  между собой в определенной зависимости , а степень концентрации луча характеризуетс  лишь отношением диаметров основного зеркала 1 и выходного отверсти  4. 2 ил.

Description

ptt&l

Изобретение относитс  k оптике и может быть использовано в качестве источника узкого, концентрированного остронаправленного светового (или инфракрасного) некогерентного пучка излучени .

Целью изобретени   вл етс  расширение области использовани  путем повышени  степени концентрации излучени  при уменьшении коэффициента рассе ни  выход щего луча.1

На фиг.1 изображено устройство источника со схемой прохождени  лучей; на фиг.2 - вариант установки основного и дополнительного зеркал, не имеющих общей апер- турной границы.

Источник остронаправленного луча включает в себ  основное параболическое зеркало 1 с источником излучени  2 в его фокусе, дополнительное параболическое зеркало 3 с осевым отверстием дл  выхода сконцентрированного луча 4 и два внутренних параболических зеркала 5 и 6, одно из которых имеет общий фокус с основным, а другое с дополнительным зеркалом. Соотношени  диаметров зеркал (d и D) их фокусных рассто ний (Fi и RZ, f 1 и Ь) должны подчин тьс  закономерност м:

D ... 16 fi Fi d

4

.

.Все лучи, исход щие из источника 2, путем отражени  от основного 1 (луч 7) или предварительно переотражени  от внутреннего 5 (луч 8) зеркал попадает параллельным потоком на дополнительное зеркало 3, и путем многократных переотражений от него и внутреннего зеркала 6 .в конечном итоге выход т узким сконцентрированным пучком через отверстие 4. А так как система зеркал 3 и 6, собирающа  и концентрирую- ща  лучи, имеет общий фокус, не зан тый и не затененный никаким физическим объектом (типа источника излучени , как в. прототипе ), но ничто не мешает формированию

сколь угодно узкого пучка, ограниченного

лишь диаметром выходного отверсти  4 (Do), и искажений лучей, Проход щих через этот фокус, не происходит, что позвол ет достичь минимального коэффициента рассеивани  выход щего пучка лучей. Этому способствует также возможность увеличени  базы прохождени  пучка (суммы фокусных рассто ний f2 и F2) по схеме, изображенной  а фиг.2,

Поэтому, име  даже маломощный источник излучени , предложенным набором соответствующим образом установленных зеркал можно получить очень высокую плотность излучени , причем не в определенной пространственной точке, как это делают фокусирующие системы, а в параллельном лучевом пучке, на пути которого в любом месте можно расположить требуемый потребитель (например, приемное устройство в системе контрол  или пачку листов материала - пластмассы, ткани - дл  его раскро ).

Путем подбора соотношений диаметров (d и D) зеркал и диаметра выходного отверсти  (Do) можно при одной и той же мощности источника излучени  добитьс  требуемой величины плотности выход щего пучка, характеризуемой коэффициентом сжати :

«««(Ј).

Выход щий пучок будет иметь в сечении кольцевую структуру со свободной серединой , в которой расположитс  точка скрещивани  лучей (фокус дополнительного зеркала).

Пример. Допустим, поставлена задача: создавать источник остронаправленного луча световой энергии с плотностью излучени  не меньше 0,5 вт/мм , име  устройство, вписываемое в объем 1 дм3, с относительно маломощным точечным источником излучени  мощностью 10-15 вт. Плотность светового и теплового излучени  0,5-0,8 вт/мм2 позволит получить локальный нагрев материала с хорошими поглощающими свойствами свыше 800°С. (Ориентировочный расчет указанной температуры может быть при необходимости представлен дополнительно ). Име  луч такой энергетической мощности, можно проводить широкий спектр технологических операций (резка различных материалов, сварки их и т.п.) в различных област х техники.

Располага  по указанной на фиг.2 схеме точечный источник световой энергии мощностью 15 вт в фокусе основного зеркала с D 120 мм и софокусного с ним внутреннего зеркала с d 60 мм, при выполнении соотношени  их фокусных рассто ний (Fi - 25 мм и f.1 18 мм)

D 16fi 120 16 18 Fi d 25

60

4,

получим кольцеобразный плоскопараллельный световой поток, направленный на дополнительное зеркало, фронтальной площадью:

Sn J (1202-602) 8482 мм2

Мощность источника, приход ща с  на эту площадь, с учетом зон, не участвующих в отражении и КПД отражающих поверхностей (0,95), составит

Рп 15 -0,56 0,95 - 7,98 вт.

Следовательно, плотность этого потока будет

9-41-10 ВТ/Мм2

Этот световой поток, переотразившись от поверхностей дополнительного (D - 120 мм, Fa 36,мм) и софокуено ему установленного внутреннего зеркала (d 60 мм, fa 18 мм), выйдет сжатым до требуемого уровн  плотности через осевое отверстие в дополнительном зеркале D0 3,75 мм. Эти зеркала выполнены также с указанным в формуле условием:

D.d.-.120-603 Fa fa 36 18

Выход щий луч будет иметь с учетом КПД мощность

Рл Рп 0.959 7,89 0.63 - 5,03 вт.

Площадь сечени  кольцеобразного выход щего луча с Do 3,75 мм будет составл ть:

с - п ро t d2 N - п 3752 - bn---2j-V1 02)---4 x

х(1 --) 8,28 мм2

1202

ИЛИ

о - Sn л V - ( Р 1 -

где Ксэ(о;) - (-&У1И4

Плотность выход щего луча соответственно будет составл ть

Й Ш-° 61вт/мм2

Таким образом, поставленную задачу можно реализовать, име  источник световой энергии мощностью 15 вт и установленные по схеме, представленной на фиг.1 параболические зеркала:

1. D 120мм. Fi 25 мм

2. D - 120мм, Р2 36мм 5,6. d 60 мм, fi fa 18 мм. Примерные общие габариты устройства 5 будут: D 120мм, L 110мм.

Таким образом, предложенное устройство источника остронаправленного луча обладает по сравнению с прототипом следующими основными преимуществами: воз- 0 можность теоретически неограниченной степени концентрации энергии (плотности) выход щего луча, ограниченной лишь технологическими возможност ми изготовлени  точных зеркал и их взаимной фокусировки,

5 возможность применени  весьма маломощных источников энергии при Достижении высокой плотности луча, что открывает широкие возможности дл  различных направлений его использовани  в народном хоз йстве,

0 заметно снижаетс  коэффициент рассеивани  выход щего луча за счет отсутстви  в фокусе концентрирующей системы зеркал каких-либо физических объектов (типа источника излучени ), преп тствующих гео .5 метрически правильному распространению лучей и достижению требуемых уровней плотности выход щего пучка и минимальных размеров его сечени .

Использование предложенного устрой0 ства может дать значительный экономический и технический эффект за счет расширени  технологических возможностей при достижении высоких степеней плотности энергии выход щего пучка и минимального его рассеивани 

5 в пространстве.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Источник остронаправленного луча, содержащий основное вогнутое параболическое зеркало с источником излучени  в его

   0 фокусе и дополнительное вогнутое параболическое зеркало с фокусным рассто нием большим, чем у основного, и с осевым отверстием дл  выхода луча, установленнсе со- осно с основным с противоположной от

   5 источника излучени  стороны, отличаю- щ и и с   тем, что, с целью расширени  области применени  путем повышени  степени концентрации излучени  при уменьшении коэффициента рассеивани  выход щего

   0 луча, основное и дополнительное зеркала установлены так, что сумма их фокусных рассто ний меньше суммы их осевых габаритов , соосно с ними установлены два внутренних вогнутых параболических зеркал

   5 равных между собой диаметров d, но меньших , чем у основного и дополнительного D диаметров, при этом одно из них установлено софокуено основному зеркалу и их диаметры d и D и фокусные рассто ни  fi и Fi наход тс  в соотношении

   D/Fi 16fi/d 4,

   а другое установлено софокусно дополнительному зеркалу и их диаметры d и D и

   фокусные рассто ни  f2 и Рг наход тс  соответственно в соотношении

   D/F2 .