RU2552029C1 - Фокусирующая оптическая система с тороидальными зеркалами - Google Patents
Фокусирующая оптическая система с тороидальными зеркалами Download PDFInfo
- Publication number
- RU2552029C1 RU2552029C1 RU2013154922/07A RU2013154922A RU2552029C1 RU 2552029 C1 RU2552029 C1 RU 2552029C1 RU 2013154922/07 A RU2013154922/07 A RU 2013154922/07A RU 2013154922 A RU2013154922 A RU 2013154922A RU 2552029 C1 RU2552029 C1 RU 2552029C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mirror
- laser beam
- optical system
- toroidal
- annular
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к оптическим системам для фокусировки пучка. Оптическая система содержит корпус (1) с входным отверстием (2) для ввода вдоль оптической оси (3) пучка лазерного излучения (4), который отражается от первого конического зеркала (5), проходит через цилиндрическое окно (6), кольцевое коническое зеркало (7) и, пройдя через кольцевое тороидальное зеркало (8) и главное тороидальное зеркало (9), выводится через выходное отверстие (10), фокусируясь в точке (11). Первое коническое зеркало 5 установлено с помощью поддержек (12) на диске (13), к которому прикреплено главное тороидальное зеркало (9) и цилиндрическое окно (6) с прикрепленным к нему кольцом (14). Техническим результатом является увеличение равномерности облучения термоядерной мишени путем формирования широкоугольного гомоцентрического пучка лазерного излучения, имеющего сплошную апертуру. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области термоядерной энергетики и может быть использовано при создании оптических систем термоядерных энергетических установок, использующих инерциальное удержание плазмы.
Уровень техники
Цель изобретения: увеличение равномерности облучения термоядерной мишени путем формирования широкоугольного гомоцентрического пучка лазерного излучения, имеющего сплошную апертуру при максимальной компактности и дешевизне оптической системы.
Известна конструкция фокусирующей оптической системы (европейский патент № ЕР 1642301, от 05.04.2006, G21B 1/23), использующей пучок лазерного излучения, который проходит через собирающую линзу и фокусируется на термоядерной мишени. При этом формируется гомоцентрический пучок, имеющий сплошную апертуру. Однако угол конуса этого пучка является узким, причем формирование широкоугольного гомоцентрического пучка привело бы к непропорциональному увеличению и усложнению оптической системы. В результате равномерность облучения термоядерной мишени не обеспечивается.
Известна конструкция фокусирующей оптической системы (европейский патент № ЕР 0772203, от 07.05.1997, G21B 1/03), в которой используются два пучка лазерного излучения, каждый из которых преломляется при прохождении линзы, образуя кольцевую апертуру, и, отражаясь от тороидального кольцевого зеркала с эллиптической образующей, фокусируется на термоядерной мишени. При этом формируется широкоугольный гомоцентрический пучок, однако он имеет кольцевую апертуру, что не обеспечивает равномерность облучения термоядерной мишени.
Известна конструкция фокусирующей оптической системы (патент Франции №2789217, от 04.08.2000, G21B 1/03), использующей пучок лазерного излучения, который преломляется при прохождении линзы, образуя кольцевую апертуру, и, отражаясь от тороидального кольцевого зеркала с параболической образующей, фокусируется на термоядерной мишени. При этом формируется широкоугольный гомоцентрический пучок, однако он имеет кольцевую апертуру, что не обеспечивает равномерность облучения термоядерной мишени.
Наиболее близкой к предлагаемой конструкции является фокусирующая оптическая система (патент США №4118274, от 03.10.1978, G21B 1/23), в которой используются два пучка лазерного излучения, каждый из которых отражается от конического зеркала и от тороидального кольцевого зеркала с параболической образующей, фокусируясь на термоядерной мишени. При этом формируется широкоугольный гомоцентрический пучок, однако он имеет кольцевую апертуру, что не обеспечивает равномерность облучения термоядерной мишени.
Раскрытие изобретения
Цель изобретения: Увеличение равномерности облучения термоядерной мишени путем формирования широкоугольного гомоцентрического пучка лазерного излучения, имеющего сплошную апертуру при максимальной компактности и дешевизне оптической системы.
Предлагаемая фокусирующая оптическая система отличается тем, что тороидальные зеркала формируют широкоугольный пучок лазерного излучения, имеющий сплошную круглую апертуру, причем отражающая поверхность кольцевого тороидального зеркала образована вращением дуги параболы вокруг оптической оси, а отражающая поверхность главного тороидального зеркала образована вращением дуги эллипса вокруг оптической оси. Возможен вариант, при котором предлагаемая фокусирующая оптическая система отличается тем, что тороидальные зеркала формируют широкоугольный пучок лазерного излучения, имеющий сплошную апертуру, характеризующуюся произвольным контуром.
На фиг.1 изображено сечение фокусирующей оптической системы и проходящего через нее пучка лазерного излучения.
На фиг.2 изображен разрез фокусирующей оптической системы, образующие зеркальных поверхностей и вспомогательные линии.
На фиг.3 изображено сечение фокусирующей оптической системы и проходящего через нее пучка лазерного излучения.
Фокусирующая оптическая система содержит корпус 1, имеющий входное отверстие 2 для ввода вдоль оптической оси 3 пучка лазерного излучения 4, который отражается от первого конического зеркала 5, проходит через цилиндрическое окно 6, предшествующее кольцевому коническому зеркалу 7 и, пройдя через кольцевое тороидальное зеркало 8 и главное тороидальное зеркало 9, выводится через выходное отверстие 10 и фокусируется в точке 11. Первое коническое зеркало 5 установлено с помощью поддержек 12 на диске 13, к которому прикреплено главное тороидальное зеркало 9 и цилиндрическое окно 6 с прикрепленным к нему кольцом 14.
Поддержки 12 используются для установки конического зеркала 5, кольцевого конического зеркала 7, кольцевого тороидального зеркала 8 и кольца 14.
Отражающая поверхность кольцевого тороидального зеркала 8 образована вращением дуги параболы вокруг оптической оси 3, а отражающая поверхность главного тороидального зеркала 9 образована вращением дуги эллипса вокруг оптической оси 3, причем ось параболы совпадает с большой осью эллипса и пересекает оптическую ось 3 под углом φ в точке 11, являющейся вторым фокусом эллипса, а первый фокус эллипса совпадает с фокусом параболы. Парабола, эллипс и оптическая ось 3 лежат в одной плоскости.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 изображено сечение фокусирующей оптической системы и проходящего через нее пучка лазерного излучения, сечение которого заштриховано точками. Плоскость сечения проходит через оптическую ось.
На фигуре 2 изображен разрез фокусирующей оптической системы, образующие зеркальных поверхностей и вспомогательные линии. Парабола, эллипс и оптическая ось лежат в плоскости сечения.
На фигуре 3 изображено сечение фокусирующей оптической системы и проходящего через нее пучка лазерного излучения, сечение которого заштриховано точками. Плоскость сечения проходит через оптическую ось.
Осуществление изобретения
В рассмотренных конструкциях аналогичных фокусирующих оптических систем формирование широкоугольного гомоцентрического пучка лазерного излучения ведет либо к неприемлемому увеличению рефракционных оптических элементов, либо к формированию кольцевой апертуры, но с сохранением компактности и дешевизны оптических элементов.
При использовании линзовой системы формирование широкоугольного гомоцентрического пучка лазерного излучения приводит к увеличению диаметра главной собирающей линзы, заготовку которой необходимо изготавливать с высокими требованиями к однородности и обрабатывать с учетом возможных аберраций, в результате чего увеличивается стоимость этой линзы. К тому же увеличиваются линейные размеры корпуса оптической системы по причине использования дополнительных линз, расширяющих пучок лазерного излучения перед главной линзой. Под влиянием вышеупомянутых ограничений становится неприемлемым формирование широкоугольного гомоцентрического пучка, поэтому в существующих реакционных камерах используются сразу несколько лазерных каналов, формирующих узкие пучки.
При использовании рассмотренных зеркальных систем сохраняются преимущества предлагаемой конструкции, однако недостаток заключается в формировании кольцевой апертуры, в центре которой в пределах определенного угла конуса излучение отсутствует. В результате при прямом или непрямом облучении термоядерной мишени такая неоднородность уменьшит полезный эффект от фокусировки широкоугольного гомоцентрического пучка по сравнению с вариантом, в котором этот же пучок имел бы сплошную апертуру. Такие характеристики сфокусированного пучка лазерного излучения, как угол конуса и форма апертуры, являются важными при решении задачи облучения термоядерной мишени, от равномерности которого зависит степень сжатия смеси термоядерного топлива и количество энергии, выделенное в результате термоядерной реакции.
При использовании предлагаемой фокусирующей оптической системы с тороидальными зеркалами появляется возможность на этапе проектирования, меняя угол φ, параметры эллипса и параболы, задавать угол конуса фокусирующегося пучка лазерного излучения в широких пределах при изменении габаритов оптической системы, отражающемся в основном в увеличении или уменьшении диаметра корпуса и системы зеркал. На фигуре 1 изображен вариант исполнения фокусирующей оптической системы, при котором угол конуса гомоцентрического пучка лазерного излучения равен 13 градусам, а на фигуре 3 угол конуса гомоцентрического пучка равен 34 градусам, причем линейные размеры обоих вариантов корпуса близки друг к другу. При этом увеличение зеркал не вызовет больших затруднений благодаря существующей технологии создания облегченных крупногабаритных заготовок зеркал. Использование зеркал в конструкции оптической системы позволит избавиться от аберраций и повысить плотность мощности лазерного излучения в точке фокуса, тем самым обеспечив более приемлемое облучение для некоторых видов термоядерных мишеней. Использование цилиндрического окна в конструкции необходимо по причине того, что лазерное излучение создает завесу вокруг первого конического и главного тороидального зеркал, имея сплошную апертуру перед введением в корпус оптической системы и после выведения из него. При необходимости создания крупных зеркал их можно изготавливать либо из отдельных элементов, закрепляя на жестком каркасе перед обработкой, либо отдельно изготавливать и обрабатывать эти элементы для последующей установки и юстировки на жестком каркасе.
Claims (3)
1. Фокусирующая оптическая система, содержащая корпус с установленными в нем первым коническим зеркалом, цилиндрическим окном, кольцевым коническое зеркалом, кольцевым тороидальным зеркалом и главным тороидальным зеркалом, отличающаяся тем, что тороидальные зеркала формируют широкоугольный пучок лазерного излучения, имеющий сплошную апертуру, причем отражающая поверхность кольцевого тороидального зеркала образована вращением дуги параболы вокруг оптической оси, а отражающая поверхность главного тороидального зеркала образована вращением дуги эллипса вокруг оптической оси.
2. Фокусирующая оптическая система по п.1, отличающаяся тем, что широкоугольный пучок лазерного излучения имеет сплошную апертуру, характеризующуюся круглым контуром.
3. Фокусирующая оптическая система по п.1, отличающаяся тем, что широкоугольный пучок лазерного излучения имеет сплошную апертуру, характеризующуюся произвольным контуром.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013154922/07A RU2552029C1 (ru) | 2013-12-10 | 2013-12-10 | Фокусирующая оптическая система с тороидальными зеркалами |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013154922/07A RU2552029C1 (ru) | 2013-12-10 | 2013-12-10 | Фокусирующая оптическая система с тороидальными зеркалами |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2552029C1 true RU2552029C1 (ru) | 2015-06-10 |
Family
ID=53294752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013154922/07A RU2552029C1 (ru) | 2013-12-10 | 2013-12-10 | Фокусирующая оптическая система с тороидальными зеркалами |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2552029C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109590290A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-04-09 | 青岛理工大学 | 一种能够适用多种孔径、孔型的孔洞激光清洗装置 |
| RU2741035C1 (ru) * | 2020-07-21 | 2021-01-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Лазерная оптическая головка |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4118274A (en) * | 1975-05-29 | 1978-10-03 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | System for the production of plasma |
| RU2141692C1 (ru) * | 1997-02-20 | 1999-11-20 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Устройство для обжатия термоядерной мишени импульсом света |
| FR2789217A1 (fr) * | 1999-02-01 | 2000-08-04 | Pierre Marie | Generateur de puissance electrique |
| RU2006136765A (ru) * | 2006-10-16 | 2008-04-27 | Андрей Николаевич Дмитриев (RU) | Термоядерный реактор |
-
2013
- 2013-12-10 RU RU2013154922/07A patent/RU2552029C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4118274A (en) * | 1975-05-29 | 1978-10-03 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | System for the production of plasma |
| RU2141692C1 (ru) * | 1997-02-20 | 1999-11-20 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Устройство для обжатия термоядерной мишени импульсом света |
| FR2789217A1 (fr) * | 1999-02-01 | 2000-08-04 | Pierre Marie | Generateur de puissance electrique |
| RU2006136765A (ru) * | 2006-10-16 | 2008-04-27 | Андрей Николаевич Дмитриев (RU) | Термоядерный реактор |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109590290A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-04-09 | 青岛理工大学 | 一种能够适用多种孔径、孔型的孔洞激光清洗装置 |
| RU2741035C1 (ru) * | 2020-07-21 | 2021-01-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Лазерная оптическая головка |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6474918B2 (ja) | 光案内手段及び光源装置 | |
| US20130105712A1 (en) | Apparatus and method for generating extreme ultraviolet light | |
| CN106526872B (zh) | 一种透射式激光光束整形系统 | |
| RU2012154354A (ru) | Источник света с лазерной накачкой и способ генерации излучения | |
| US9822935B2 (en) | Light source arrangement having a plurality of semiconductor laser light sources | |
| JP5603992B1 (ja) | レーザビーム合成装置 | |
| CN107907962A (zh) | 一种均匀线形平行激光束产生装置 | |
| US6768764B2 (en) | Laser beam reforming system | |
| US10264660B2 (en) | Beam trap, beam guide device, EUV radiation generating apparatus, and method for absorbing a beam | |
| CN108549157A (zh) | 一种激光光束的高倍率扩束系统 | |
| RU2552029C1 (ru) | Фокусирующая оптическая система с тороидальными зеркалами | |
| CN107643596B (zh) | 一种二元波带片形式的衍射轴锥镜系统及其长焦深成像方法 | |
| JP6267620B2 (ja) | レーザビーム合成装置 | |
| EP3537215B1 (en) | Light source system and adjusting method therefor | |
| CN108535865A (zh) | 一种焦距可控的负折射光栅平凹镜设计方法 | |
| CN106772727B (zh) | 一种柱矢量光束介质光栅长焦深聚焦透镜 | |
| US9798047B2 (en) | Device for applying light to an inner surface of a cylinder and beam transformation device for such a device | |
| CN115877353B (zh) | 一种激光测距的接收光机系统 | |
| RU2013146435A (ru) | Дисковый лазер | |
| CN108897075B (zh) | 一种基于硅球及光子晶体负折射效应的亚波长成像器件 | |
| CN201373948Y (zh) | 一种光束偏振态转换调节系统 | |
| CN114578551B (zh) | 一种产生环形聚焦激光光斑的光学系统设计方法 | |
| CN106526873B (zh) | 基于椭球面反射镜的变孔径环形光束产生装置 | |
| CN106531281A (zh) | 一种消像差x射线复合折射透镜及其设计方法 | |
| EP2304739B1 (en) | High intensity x-ray beam system |