RU2289153C1 - Device for focusing optical radiation onto object - Google Patents
Device for focusing optical radiation onto object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2289153C1 RU2289153C1 RU2005120886/28A RU2005120886A RU2289153C1 RU 2289153 C1 RU2289153 C1 RU 2289153C1 RU 2005120886/28 A RU2005120886/28 A RU 2005120886/28A RU 2005120886 A RU2005120886 A RU 2005120886A RU 2289153 C1 RU2289153 C1 RU 2289153C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- focusing
- plane
- focusing lens
- lens
- optical
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам оптического наведения и прицеливания, и может быть использовано для решения широкого круга технических задач, таких как создание плазмы, ускорение частиц, генерирование сверхкоротких рентгеновских импульсов.The invention relates to optical instrumentation, in particular to optical guidance and aiming devices, and can be used to solve a wide range of technical problems, such as creating a plasma, accelerating particles, generating ultrashort x-ray pulses.
Плазменный объект образуется при облучении поверхности плоской мишени лазерным пучком. Для создания лазерной плазмы применяют лазеры с пикосекундной длительностью импульса. В качестве мишени используются тонкие пластины (фольги) из золота, алюминия, дейтерированного полиэтилена и др. Большинство явлений в плазме, происходит, когда интенсивность на поверхности мишени достигает величин порядка 1020 Вт/см2 и более. Для достижения таких интенсивностей лазерные пучки концентрируют с помощью светосильных фокусирующих объективов. Распределение интенсивности вдоль оси объектива неоднородно. Задача фокусировки - совместить поверхность мишени с плоскостью, на которой реализуется максимальная интенсивность сфокусированного пучка. Фокусировка мощных пучков и получение лазерной плазмы осуществляются в вакууме. Поэтому фокусирующий объектив, облучаемый объект (мишень) и манипуляторы для юстировки размещают в вакуумной камере.A plasma object is formed by irradiating the surface of a flat target with a laser beam. Lasers with a picosecond pulse duration are used to create a laser plasma. Thin plates (foils) of gold, aluminum, deuterated polyethylene, etc. are used as the target. Most phenomena in a plasma occur when the intensity on the target surface reaches values of the order of 10 20 W / cm 2 or more. To achieve such intensities, the laser beams are concentrated using fast focusing lenses. The intensity distribution along the axis of the lens is not uniform. The focusing task is to combine the target surface with the plane on which the maximum intensity of the focused beam is realized. Focusing high-power beams and obtaining laser plasma are carried out in vacuum. Therefore, the focusing lens, the irradiated object (target) and manipulators for alignment are placed in a vacuum chamber.
Известны устройства фокусировки оптического излучения. Например, устройство [Латыев С.М., Сухопаров С.А., Митрофанов С.С., Тимощук И.Н., Михеев П.А. Эффективность совмещенного способа индикации фокусировки. Изв. ВУЗов, Приборостроение, 2002, т.45, №3, с.43-48], включающее источник света с коллиматором, полупрозрачное зеркало, фокусирующий объектив, в качестве которого используется микроскоп, объект юстировки, вспомогательное зеркало, индикатор фокусировки в виде объектива, в фокальной плоскости которого установлен координатно-чувствительный приемник.Known devices for focusing optical radiation. For example, the device [Latyev S.M., Sukhoparov S.A., Mitrofanov S.S., Timoshchuk I.N., Mikheev P.A. The effectiveness of a combined focus indication method. Izv. Universities, Instrument Engineering, 2002, 45, No. 3, p. 43-48], including a light source with a collimator, a translucent mirror, a focusing lens, which is used as a microscope, an alignment object, an auxiliary mirror, a focus indicator in the form of a lens, in the focal plane of which a coordinate-sensitive receiver is installed.
Устройство функционирует следующим образом.The device operates as follows.
Излучение с плоским волновым фронтом (коллимированное) проходит полупрозрачное зеркало, фокусируется микроскопом, поступает на юстируемый объект, отражается вспомогательным зеркалом в обратном направлении. Излучение, прошедшее фокусирующий объектив в обратном направлении, поступает на полупрозрачное зеркало и направляется им в индикатор фокусировки. Если поверхность юстируемого объекта не совпадает с фокальной плоскостью фокусирующего объектива, то в индикаторе фокусировки вырабатывается сигнал, пропорциональный расстоянию между поверхностью объекта и фокальной плоскостью, и юстируемый объект перемещается до получения нулевого сигнала, при котором фокальная плоскость и поверхность объекта совмещены.Radiation with a plane wave front (collimated) passes through a translucent mirror, is focused by a microscope, arrives at the object being aligned, and is reflected by an auxiliary mirror in the opposite direction. The radiation that passed the focusing lens in the opposite direction enters the translucent mirror and is directed by it to the focus indicator. If the surface of the object being aligned does not coincide with the focal plane of the focusing lens, then a signal proportional to the distance between the surface of the object and the focal plane is generated in the focus indicator, and the object being adjusted moves until a zero signal is obtained, at which the focal plane and the surface of the object are aligned.
Устройство с такой схемой фокусировки не обеспечивает необходимую точность фокусировки лазерного излучения большой мощности, поскольку плоскость, в которой реализуется максимальная интенсивность мощного сфокусированного пучка, не совпадает с фокальной плоскостью.A device with such a focusing scheme does not provide the necessary accuracy for focusing high-power laser radiation, since the plane in which the maximum intensity of the powerful focused beam is realized does not coincide with the focal plane.
Известно устройство наведения и фокусировки оптического излучения на объект, выбранное нами в качестве прототипа [Мак А.А., Стариков А.Д., Тузов В.Г. Наведение и фокусировка мощных световых пучков на поверхность малоразмерных мишеней. ОМП, 1976, №1, с.42-44], включающее лазерный источник, автоколлимационную зрительную трубу, установленную в обратном ходе лучей, плоскопараллельную пластину, вбрасываемое плоское зеркало, фокусирующий объектив, мишень на манипуляторе.A device is known for guiding and focusing optical radiation on an object that we have chosen as a prototype [Mak A.A., Starikov A.D., Tuzov V.G. Aiming and focusing of powerful light beams on the surface of small targets. OMP, 1976, No. 1, pp. 42-44], including a laser source, a self-collimating telescope mounted in the backward ray path, a plane-parallel plate, a throw-in flat mirror, a focusing lens, and a target on the manipulator.
Устройство функционирует следующим образом.The device operates as follows.
Автоколлимационную зрительную трубу настраивают на наблюдение фокальной плоскости фокусирующего объектива. Для этого перед автоколлимационной зрительной трубой устанавливают вбрасываемое плоское зеркало, включают автоколлимационный источник света и путем перемещения объектива зрительной трубы добиваются резкого изображения диафрагмы автоколлиматора в плоскости наблюдения. Изображение наблюдают с помощью окуляра автоколлимационной зрительной трубы. После выполнения этой операции автоколлимационная зрительная труба настроена на наблюдение фокальной плоскости фокусирующего объектива. Излучение, рассеянное мишенью в апертуру фокусирующего объектива, с помощью пластины направляется в автоколлимационную зрительную трубу. При перемещении мишени вдоль оптической оси поверхность мишени в некоторый момент времени совмещается с фокальной плоскостью, при этом в окуляр наблюдается резкое изображение диафрагмы. При этом мишень совмещена с фокальной плоскостью фокусирующего объектива.The autocollimation telescope is tuned to observe the focal plane of the focusing lens. For this, a throw-in flat mirror is installed in front of the autocollimation telescope, the autocollimation light source is turned on, and by moving the telescope lens, a sharp image of the autocollimator diaphragm in the observation plane is achieved. The image is observed using an autocollimation telescope eyepiece. After this operation, the autocollimation telescope is configured to observe the focal plane of the focusing lens. The radiation scattered by the target into the aperture of the focusing lens is directed through the plate into the autocollimation telescope. When moving the target along the optical axis, the target surface at some instant coincides with the focal plane, while a sharp image of the diaphragm is observed in the eyepiece. In this case, the target is aligned with the focal plane of the focusing lens.
Устройство и с такой схемой фокусировки также не обеспечивает необходимую точность фокусировки лазерного излучения большой мощности на поверхность плоской мишени, поскольку плоскость, в которой реализуется максимальная интенсивность мощного сфокусированного пучка, не совпадает с фокальной плоскостью. Это несовпадение возникает вследствие отличия волнового фронта реального пучка от плоского. Отклонение волнового фронта от плоского вызвано тремя причинами. Во-первых, неоднородностью показателя преломления оптического материала, из которого изготовлены оптические элементы; во-вторых, погрешностью изготовления оптических поверхностей; в-третьих, остаточной кривизной волнового фронта лазерного излучения, которая определяется точностью юстировочных устройств, используемых при настройке лазера. Все три причины приводят к тому, что волновой фронт реального пучка отличается от плоского, и, как следствие, плоскость, в которой реализуется максимальная интенсивность сфокусированного пучка, не совпадает с фокальной плоскостью.The device with such a focusing scheme also does not provide the necessary accuracy of focusing high-power laser radiation onto the surface of a flat target, since the plane in which the maximum intensity of the powerful focused beam is realized does not coincide with the focal plane. This mismatch arises due to the difference between the wave front of the real beam and the plane. The deviation of the wavefront from the plane is due to three reasons. First, the heterogeneity of the refractive index of the optical material from which the optical elements are made; secondly, the error in the manufacture of optical surfaces; thirdly, the residual curvature of the wavefront of the laser radiation, which is determined by the accuracy of the alignment devices used in laser tuning. All three reasons lead to the fact that the wavefront of a real beam differs from a plane one, and, as a result, the plane in which the maximum intensity of the focused beam is realized does not coincide with the focal plane.
Предложенное изобретение позволяет с высокой точностью осуществить фокусировку оптического излучения на поверхность облучаемого объекта (мишени). Оно удобно и надежно в работе, дает стабильные результаты по параметрам плазмы.The proposed invention allows with high accuracy to focus optical radiation on the surface of the irradiated object (target). It is convenient and reliable in operation, gives stable results in plasma parameters.
Такой технический эффект получен нами, когда в устройство фокусировки оптического излучения на объект, включающее размещенные по ходу лазерного луча светоделительную пластину, фокусирующий объектив и установленный с возможность перемещения в плоскости, перпендикулярной оси фокусирующего объектива, держатель объекта и устройство контроля фокусировки - зрительную трубу, установленную в обратном ходе луча, дополнительно введен установленный с возможностью движения перпендикулярно оптической оси и вдоль нее узел регистрации сечения фокального объема, состоящий из жестко закрепленных на манипуляторе прозрачной миры, микрообъектива с увеличением, обеспечивающим высокое пространственное разрешение, и с числовой апертурой не менее числовой апертуры фокусирующего объектива, и измерителя интенсивности излучения из матричного фотоприемника и блока обработки сигнала, обеспечивающего определение пиковой интенсивности, при этом поверхности миры и фотоприемника размещены в сопряженных плоскостях.We have obtained such a technical effect when, in a device for focusing optical radiation onto an object, including a beam splitter plate placed along the laser beam, a focusing lens and mounted with the possibility of movement in a plane perpendicular to the axis of the focusing lens, an object holder and a focus control device — an optical tube mounted in the reverse direction of the beam, there is additionally introduced a knot for recording the cross section f total volume, consisting of a transparent world rigidly fixed on the manipulator, a micro lens with an increase that provides high spatial resolution, and with a numerical aperture of at least a numerical aperture of the focusing lens, and a radiation intensity meter from the photodetector and signal processing unit, which determines the peak intensity, at This surface worlds and the photodetector are placed in the conjugate planes.
Если фокусирующий объектив имеет аберрации, которые влияют на положение плоскости с максимальной пиковой интенсивностью, то узел регистрации сечений фокального объема располагают внутри вакуумной камеры за держателем объекта (см. п.2 Формулы).If the focusing lens has aberrations that affect the position of the plane with the maximum peak intensity, then the focal volume registration unit is located inside the vacuum chamber behind the object holder (see Section 2 of the Formula).
Если используют высокоточный фокусирующий объектив, то возможно размещение узла регистрации сечений фокального объема вне вакуумной камеры, для чего в устройство вводят эквивалентный по действию фокусирующему объективу второй объектив, установленный за светоделительной пластиной по ходу отраженного от нее или проходящего за нее луча, а узел регистрации сечений фокального объема размещают за ним (см. п.3 Формулы).If a high-precision focusing lens is used, then it is possible to place the focal volume cross-section registration unit outside the vacuum chamber, for which purpose a second lens, equivalent in action to the focusing lens, mounted behind the beam splitting plate along the beam reflected from or passing through it, and the cross-section registration unit can be inserted into the device the focal volume is placed behind it (see clause 3 of the Formula).
На чертеже изображено устройство фокусировки оптического излучения на объект, где: источник 1 лазерного излучения, светоделительная пластина 2, фокусирующий объектив 3, держатель 4 для объекта с манипулятором 5, обозначенный римской цифрой I узел регистрации сечений фокального объема, состоящий из миры 6, микрообъектива 7, фотоприемника 8, манипулятор 9 узла регистрации сечений фокального объема, встроенный в компьютер блок 10 обработки сигнала с фотоприемника, устройство 11 контроля фокусировки - зрительная труба. Пунктиром выделены варианты установки узла регистрации сечений фокального объема со вторым объективом 12 (см. п.3 Формулы).The drawing shows a device for focusing optical radiation on an object, where: a laser radiation source 1, a beam splitter plate 2, a focusing lens 3, a holder 4 for an object with a manipulator 5, indicated by a Roman numeral I, a focal volume cross-section registration unit consisting of worlds 6, a micro lens 7 , a photodetector 8, a manipulator 9 of a focal volume cross-section registration unit, a signal processing unit 10 from a photodetector integrated in a computer, a focus control device 11 — a telescope. The dashed lines highlight the installation options for the focal volume registration unit with the second lens 12 (see Section 3 of the Formula).
Конструкции зрительных труб-устройств контроля фокусировки известны.Designs of telescopes-focus control devices are known.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Непосредственно перед работой настраивают мощный лазер с помощью источника 1 лазерного излучения малой мощности, излучение которого согласовано с излучением мощного лазера по длине волны, направлению, световому диаметру пучка и другим параметрам. Подходы к решению этой задачи известны.Immediately before work, a high-power laser is tuned using a low-power laser source 1, the radiation of which is consistent with the radiation of a high-power laser in terms of wavelength, direction, light beam diameter, and other parameters. Approaches to solving this problem are known.
Излучение от лазерного источника 1 проходит через светоделительную пластину 2, поступает на фокусирующий объектив 3 и концентрируется в области, которую называют фокальным объемом. Фокальный объем имеет трубчатую структуру, протяженную вдоль оптической оси. В сечении, нормальном к оптической оси, распределение интенсивности представляет собой фигуру, которую в оптике называют кружком рассеяния. Распределение интенсивности в нем изменяется от сечения к сечению. Чтобы найти плоскость (сечение) с максимальной интенсивностью и в последующем настроить на эту плоскость зрительную трубу 11, в устройство дополнительно введен узел регистрации сечений фокального объема, состоящий из элементов: миры 6, микрообъектива 7 и фотоприемника 8, жестко укрепленных на манипуляторе 9, который перемещает узел регистрации сечений фокального объема вдоль оси фокусирующего объектива 3.The radiation from the laser source 1 passes through a beam splitter plate 2, enters the focusing lens 3, and concentrates in a region called the focal volume. The focal volume has a tubular structure extended along the optical axis. In a section normal to the optical axis, the intensity distribution is a figure, which in optics is called the scattering circle. The intensity distribution in it varies from section to section. In order to find the plane (section) with maximum intensity and subsequently adjust the telescope 11 to this plane, the focal volume recording unit consisting of elements: worlds 6, micro-lens 7 and photodetector 8, rigidly mounted on the manipulator 9, is additionally introduced into the device moves the focal volume registration unit along the axis of the focusing lens 3.
Микрообъектив 7 строит на фотоприемнике 8 изображение кружка рассеяния. Фотоприемник 8 выполнен на основе двумерной матрицы из фоточувствительных элементов. Для обеспечения высокого пространственного разрешения микрообъектив 7 имеет числовую апертуру не менее числовой апертуры фокусирующего объектива и формирует увеличенное изображение (примерно в 100 крат) кружка рассеяния.Micro lens 7 builds on the photodetector 8 the image of the scattering circle. The photodetector 8 is made on the basis of a two-dimensional matrix of photosensitive elements. To ensure high spatial resolution, the micro-lens 7 has a numerical aperture of at least a numerical aperture of the focusing lens and forms an enlarged image (about 100 times) of the scattering circle.
Измеритель интенсивности состоит из фотоприемника 8 и блока 10 обработки сигнала. Благодаря тому, что фотоприемник матричный, блок обработки сигнала позволяет определить интенсивность излучения, попавшего на каждый из чувствительных элементов фотоприемника, запомнить элемент с пиковой интенсивностью и ее величину. Подходы к решению такой задачи известны.The intensity meter consists of a photodetector 8 and a signal processing unit 10. Due to the fact that the photodetector is a matrix, the signal processing unit allows you to determine the intensity of the radiation incident on each of the sensitive elements of the photodetector, to remember the element with the peak intensity and its value. Approaches to solving such a problem are known.
При перемещении устройства вдоль оптической оси фокусирующего объектива 3 измеряют пиковое значение интенсивности в различных плоскостях, выбирают плоскость с максимальной пиковой интенсивностью и затем настраивают узел на эту плоскость.When moving the device along the optical axis of the focusing lens 3, a peak intensity value is measured in various planes, a plane with a maximum peak intensity is selected, and then a node is set on this plane.
Далее на эту плоскость настраивают устройство контроля фокусировки - зрительную трубу 11. Чтобы настроить зрительную трубу 11 на плоскость с максимальной пиковой интенсивностью, эту плоскость необходимо визуализировать, то есть совместить с ней миру. Для этого в плоскости, оптически сопряженной с фотоприемником 8, заранее установлена мира. Подходы к установке оптических элементов в сопряженные плоскости известны. При этом, поскольку в сопряженных плоскостях находятся также предмет (кружок рассеяния) и его изображение на фотоприемнике (в оптике всякий предмет и его изображение находятся в сопряженных плоскостях), то это означает, что поверхность миры совмещена с плоскостью, на которой пиковая интенсивность максимальна. Следовательно, когда узел регистрации сечений фокального объема настроен на плоскость с максимальной интенсивностью, то поверхность миры 6, установленная в плоскости, сопряженной с фотоприемником 8, визуализирует эту плоскость.Next, the focus control device, the telescope 11, is tuned onto this plane. To set the telescope 11 to a plane with maximum peak intensity, this plane must be visualized, that is, combined with it to the world. For this, in the plane optically conjugated to the photodetector 8, the world is pre-installed. Approaches to installing optical elements in conjugate planes are known. Moreover, since the object (the scattering circle) and its image on the photodetector (in optics, every object and its image are in the conjugate planes) are also located in the conjugated planes, this means that the surface of the world is aligned with the plane on which the peak intensity is maximum. Therefore, when the focal volume cross-section registration unit is configured on a plane with maximum intensity, the surface of the world 6 installed in the plane conjugated with the photodetector 8 visualizes this plane.
Излучение, рассеянное мирой 6 в апертуру фокусирующего объектива 3, направляется с помощью светоделительной пластины 2 в зрительную трубу 11. Конструктивные решения зрительных труб известны. В трубу наблюдают поверхность миры 6. Трубу настраивают на резкое изображение поверхности миры. Поскольку мира 6 совмещена с плоскостью, с максимальной пиковой интенсивностью, то при этом труба настраивается на наблюдение этой плоскости.The radiation scattered by the world 6 into the aperture of the focusing lens 3 is directed using a beam splitter plate 2 into the telescope 11. Constructive solutions of telescopes are known. The surface of the worlds is observed in the pipe 6. The pipe is tuned for a sharp image of the surface of the worlds. Since the world 6 is aligned with the plane with the maximum peak intensity, the pipe is tuned to observe this plane.
Затем узел регистрации сечений фокального объема выводят с оптической оси и с помощью манипулятора 5 вводят держатель 4 с объектом (мишенью). Перемещают мишень вдоль оптической оси фокусирующего объектива 3. Наблюдают поверхность мишени в зрительную трубу 11, добиваясь резкого изображения поверхности. При этом поверхность мишени совмещается с плоскостью с максимальной пиковой интенсивностью сфокусированного пучка. Затем лазер 1 выводят с оптической оси, а мощный лазер устанавливают по оси, и мощный лазер готов к облучению мишени.Then, the focal volume cross-section registration unit is brought out from the optical axis and, using the manipulator 5, the holder 4 is inserted with the object (target). The target is moved along the optical axis of the focusing lens 3. Observe the surface of the target in the telescope 11, achieving a sharp image of the surface. In this case, the target surface coincides with the plane with the maximum peak intensity of the focused beam. Then, the laser 1 is brought out from the optical axis, and the high-power laser is installed along the axis, and the high-power laser is ready to irradiate the target.
Если фокусирующий объектив выполнен высококачественным, т.е. сам не влияет на положение плоскости с максимальной пиковой интенсивностью, то процесс определения этой плоскости удобнее выполнять вне вакуумной камеры, используя второй объектив, эквивалентный по действию фокусирующему. Второй объектив устанавливают после светоделительной пластины в отраженном ею или прошедшем за нее луче. Узел регистрации сечения фокального объема устанавливают за вторым объективом. Остальные операции: перемещение узла вдоль оптической оси, настройка его на наблюдение плоскости с максимальной пиковой интенсивностью, настройка устройства контроля фокусировки - зрительной трубы выполняются аналогично тому, как выполнялось для фокусирующего объектива. После того, как зрительная труба настроена, с оптической оси выводят и узел регистрации сечения фокального объема, и второй объектив. Установка мишени выполняется аналогично предыдущему варианту.If the focusing lens is high quality, i.e. Since it does not affect the position of the plane with the maximum peak intensity, the process of determining this plane is more convenient to carry out outside the vacuum chamber using a second lens, equivalent to the focusing one. The second lens is installed after the beam splitter plate in the beam reflected by it or transmitted behind it. The focal volume section registration unit is mounted behind the second lens. Other operations: moving the node along the optical axis, adjusting it to observe a plane with maximum peak intensity, adjusting the focus control device — the telescope — are performed in the same way as for a focusing lens. After the telescope is configured, both the focal volume section recording unit and the second lens are output from the optical axis. Setting the target is performed similarly to the previous option.
Пример конкретного выполненияConcrete example
На нашем предприятии было изготовлено устройство фокусировки по предлагаемому изобретению. Оно было введено в работу после испытаний на мощной лазерной установке "Прогресс-П". Мощность лазерного импульса установки составляла до 30×1012 Вт, длительность импульса 1-1,5 пикосекунды. Процессы взаимодействия лазерного излучения с веществом осуществляются в вакууме. Для этого использовали вакуумную камеру в виде стальной сферы диаметром около 1 м. В камере располагали фокусирующий объектив и манипулятор с мишенью. Лазерное излучение поступало в камеру через вакуумно-плотное прозрачное окно и попадало на фокусирующий объектив. На установке "Прогресс-П" в качестве фокусирующего объектива использовали внеосевое параболическое зеркало со световым диаметром 145 мм и фокусным расстоянием 200 мм. Узел настройки был установлен на трехкоординатном манипуляторе и укреплен также внутри вакуумной камеры на вбрасываемом столике. Мира располагалась перед микрообъективом на расстоянии около 2 мм. Ее изображение с увеличением 100х формировалось микрообъективом (20×0,65 АПОХР) на фотоприемнике, в качестве которого использовалась ПЗС-матрица цифровой телекамеры VBS-522 и для удобства юстировки наблюдалось на экране монитора компьютера. Числовая апертура микрообъектива (0,65) превышала числовую апертуру фокусирующего объектива (0,36) и, следовательно, не снижала разрешающую способность при формировании изображения. Резкое изображение миры свидетельствовало о том, что она установлена в плоскости, сопряженной с фотоприемником. Установка миры в сопряженную плоскость была выполнена на отдельном стенде известными методами. Узел перемещали вдоль оптической оси фокусирующего объектива. Расположение миры в сопряженной плоскости означало, что кружок рассеяния, который изображался на экране, совпадал с поверхностью миры. Для нескольких различных положений узла настройки сигнал, поступающий с фотоприемника во встроенный в компьютер блок обработки сигнала, обрабатывался программой, которая позволяла определить и вывести на экран число, соответствующее пиковой интенсивности в кружке рассеяния. По полученному ряду чисел определялась плоскость, в которой пиковая интенсивность максимальна, и узел устанавливался в это положение. При этом поверхность миры, совмещенная с кружком рассеяния, в котором пиковая интенсивность максимальна, рассеивала часть излучения назад в апертуру фокусирующего объектива. Рассеянное излучение поступало в зрительную трубу, которая настраивалась на наблюдение поверхности миры, а следовательно, и на плоскость, в которой пиковая интенсивность максимальна.At our enterprise, a focusing device according to the invention was manufactured. It was put into operation after testing on a powerful laser system "Progress-P". The laser pulse power of the setup was up to 30 × 10 12 W, and the pulse duration was 1–1.5 picoseconds. The processes of interaction of laser radiation with matter are carried out in a vacuum. For this, a vacuum chamber was used in the form of a steel sphere with a diameter of about 1 m. A focusing lens and a manipulator with a target were placed in the chamber. Laser radiation entered the chamber through a vacuum-tight transparent window and fell onto the focusing lens. At the Progress-P installation, an off-axis parabolic mirror with a light diameter of 145 mm and a focal length of 200 mm was used as a focusing lens. The tuning unit was installed on a three-axis manipulator and also mounted inside the vacuum chamber on the throw-in table. The world was located in front of the micro-lens at a distance of about 2 mm. Its image with a magnification of 100 x was formed by a micro lens (20 × 0.65 APOCHR) on a photodetector, which was used as a CCD matrix of a VBS-522 digital television camera and was observed on a computer monitor screen for ease of adjustment. The numerical aperture of the micro-lens (0.65) exceeded the numerical aperture of the focusing lens (0.36) and, therefore, did not reduce the resolution during image formation. A sharp image of the worlds testified to the fact that it was installed in a plane conjugated with a photodetector. Installation of the worlds in the conjugate plane was carried out on a separate stand by known methods. The assembly was moved along the optical axis of the focusing lens. The location of the worlds in the conjugate plane meant that the circle of scattering, which was depicted on the screen, coincided with the surface of the worlds. For several different positions of the tuning unit, the signal coming from the photodetector to the signal processing unit built into the computer was processed by a program that made it possible to determine and display the number corresponding to the peak intensity in the scattering circle. Using the obtained series of numbers, a plane was determined in which the peak intensity was maximum, and the node was set to this position. In this case, the surface of the worlds, combined with a scattering circle in which the peak intensity is maximum, scattered part of the radiation back into the aperture of the focusing lens. Scattered radiation entered the telescope, which was tuned to observe the surface of the worlds, and therefore to the plane in which the peak intensity is maximum.
Для проверки точности фокусировки устанавливался на манипулятор мишени специальный шаблон-мишень в виде плоского алюминированного зеркала диаметром 10 мм. На торцевой поверхности зеркала была нанесена микромарка в виде шкалы из линий шириной 5 мкм. Шкала наблюдалась в горизонтальный измерительный микроскоп от оптической скамьи ОСК-2, размещенный в камере на время определения точности. В микроскопе фиксировалось (запоминалось) положение одного из штрихов сетки. Затем шаблон-мишень выводился из фокальной области и выполнялась вся последовательность действий по повторной установке шаблон-мишени. Отличие в положении штриха по сравнению с предшествующим его положением дает погрешность в фокусировке и характеризует данное устройство. Измерения проводились 15 раз. Типичные результаты пяти из них приведены в таблице, где N означает номер измерения, ΔL - погрешность в микрометрах положения штриха.To check the focusing accuracy, a special target template was mounted on the target manipulator in the form of a flat aluminized mirror with a diameter of 10 mm. A micromark in the form of a scale of lines with a width of 5 μm was deposited on the end surface of the mirror. The scale was observed in a horizontal measuring microscope from the optical bench OSK-2, placed in the camera at the time of determining the accuracy. The microscope recorded (remembered) the position of one of the strokes of the grid. Then, the target template was derived from the focal region and the entire sequence of actions was performed to reinstall the target template. The difference in the position of the stroke compared to its previous position gives an error in focusing and characterizes this device. The measurements were carried out 15 times. Typical results of five of them are shown in the table, where N means the measurement number, ΔL is the error in the micrometers of the stroke position.
Обработка результатов измерений показала, что среднеквадратичная погрешность фокусировки равна 2 мкм, т.е. поверхность облучаемого объекта (мишени) совмещается с плоскостью, в которой пиковая интенсивность максимальна с точностью до 2 мкм. Повысилась стабильность параметров плазмы, возникающей при облучении мишеней: повышение энергии лазера приводило к возрастанию температуры плазмы, рентгеновского излучения из плазмы и энергии быстрых частиц. Такой результат объясняется точным определением плоскости, в которой интенсивность максимальна, а также точным и контролируемым совмещением поверхности облучаемого объекта с этой плоскостью.Processing of the measurement results showed that the root mean square error of focusing is 2 μm, i.e. the surface of the irradiated object (target) is combined with a plane in which the peak intensity is maximum with an accuracy of 2 μm. The stability of the parameters of the plasma arising from irradiation of targets increased: an increase in the laser energy led to an increase in the temperature of the plasma, x-ray radiation from the plasma, and the energy of fast particles. This result is explained by the exact definition of the plane in which the intensity is maximum, as well as the precise and controlled combination of the surface of the irradiated object with this plane.
При фокусировке, выполняемой другими методами, в значительном числе экспериментов нарушалась корреляция между параметрами плазмы и энергией лазерного пучка (повышение энергии лазерного излучения приводило к снижению температуры плазмы). Такой результат можно объяснить ошибками в фокусировке пучка на мишени. Эти погрешности в известных методиках носят случайный неконтролируемый характер, при котором поверхность мишени совмещается с плоскостью, пиковая интенсивность в которой немаксимальна.When focusing by other methods, in a significant number of experiments, the correlation between the plasma parameters and the laser beam energy was violated (an increase in the laser radiation energy led to a decrease in the plasma temperature). This result can be explained by errors in focusing the beam on the target. These errors in known methods are of random uncontrolled nature, in which the target surface is aligned with the plane, the peak intensity in which is not maximal.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005120886/28A RU2289153C1 (en) | 2005-07-04 | 2005-07-04 | Device for focusing optical radiation onto object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005120886/28A RU2289153C1 (en) | 2005-07-04 | 2005-07-04 | Device for focusing optical radiation onto object |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2289153C1 true RU2289153C1 (en) | 2006-12-10 |
Family
ID=37665696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005120886/28A RU2289153C1 (en) | 2005-07-04 | 2005-07-04 | Device for focusing optical radiation onto object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2289153C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011112120A1 (en) * | 2010-03-10 | 2011-09-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Oпtocиctemы" | Femtosecond laser-based opthalmic surgical laser system |
| RU2685573C1 (en) * | 2018-07-04 | 2019-04-22 | АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (АО "НИИ ОЭП") | Method of focusing optical radiation on object |
-
2005
- 2005-07-04 RU RU2005120886/28A patent/RU2289153C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011112120A1 (en) * | 2010-03-10 | 2011-09-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Oпtocиctemы" | Femtosecond laser-based opthalmic surgical laser system |
| RU2685573C1 (en) * | 2018-07-04 | 2019-04-22 | АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (АО "НИИ ОЭП") | Method of focusing optical radiation on object |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101140196B (en) | Measurement mechanism of lens focal length, measurement method and thereof and optical quality evaluation method | |
| US10245683B2 (en) | Apparatus and method for beam diagnosis on laser processing optics | |
| CN104034416B (en) | HDR laser far field focal spot measurement apparatus and method | |
| US9823119B2 (en) | System and method for analyzing a light beam guided by a beam guiding optical unit | |
| CN102589428B (en) | Asymmetric-incidence-based sample axial position tracking and correcting method and device | |
| JP2013083980A (en) | Flexible nonlinear laser scan type microscope for non-invasive three-dimensional detection | |
| KR100730047B1 (en) | Alignment system for compound refractive lens for micro-focusing X-ray beam and method for alignment using the same | |
| CN201152808Y (en) | Lens focal length measurement mechanism | |
| US11959821B2 (en) | Comprehensive test platform for fluorescence microscope objective lenses | |
| CN106767545A (en) | A kind of high accuracy high-space resolution angel measuring instrument and angle measurement method | |
| CN112748510A (en) | Scanning type automatic focusing method and device with automatic leveling function | |
| CN102589684A (en) | Infrared laser measurement image surface alignment device | |
| CN105044895A (en) | Super-resolution confocal-microscopic imaging device and method | |
| RU2289153C1 (en) | Device for focusing optical radiation onto object | |
| CN108563027B (en) | Automatic adjustment method for expanded collimated light beam | |
| CN109253867B (en) | Optical system focal length measuring system and method | |
| CN107886820B (en) | Integrated double-light-path laser ionization effect simulation system | |
| CN109375330A (en) | A kind of alignment system and method for fiber array and fly lens | |
| CN104534980A (en) | Reflection type lens-free digital holography measuring device | |
| CN110966931B (en) | Femtosecond laser processing morphological parameter time-resolved confocal measurement method and device | |
| RU2685573C1 (en) | Method of focusing optical radiation on object | |
| US20110249272A1 (en) | Optical instrument for testing optical systems and samples | |
| EP2333501B1 (en) | Apparatus and method for automatic optical realignment | |
| CN107833511B (en) | Optimization integrated double-light-path laser ionization effect simulation system | |
| KR102658287B1 (en) | Alignment apparatus and method for Bessel beam processing optical system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20100915 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20121224 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170705 |