RU2610920C1 - Device for shaping uniform distribution of intensity of laser beam - Google Patents
Device for shaping uniform distribution of intensity of laser beam Download PDFInfo
- Publication number
- RU2610920C1 RU2610920C1 RU2015150226A RU2015150226A RU2610920C1 RU 2610920 C1 RU2610920 C1 RU 2610920C1 RU 2015150226 A RU2015150226 A RU 2015150226A RU 2015150226 A RU2015150226 A RU 2015150226A RU 2610920 C1 RU2610920 C1 RU 2610920C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diffusely
- lens
- photometric
- shaper
- intensity
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/48—Laser speckle optics
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и технической физике, в частности - к устройствам для формирования равномерного распределения интенсивности лазерного пучка в поперечном его сечении, и может быть применено для калибровки и поверки средств измерений параметров лазерного пучка, содержащих многоэлементные измерительные преобразователи с высоким пространственным разрешением.The invention relates to measuring technique and technical physics, in particular, to devices for forming a uniform distribution of the intensity of a laser beam in its cross section, and can be used for calibration and verification of measuring instruments for laser parameters containing multi-element measuring transducers with high spatial resolution.
Из уровня техники известны устройства для формирования равномерного распределения интенсивности лазерного пучка в поперечном его сечении. Одним из формирователей такого типа является фотометрический шар [Гуревич М.М. Фотометрия (теория, методы и приборы). Л.: Энергоатомиздат, 1983.], представляющий собой сферу, внутренняя поверхность которой выполнена из диффузно отражающего материала. Такой формирователь имеет ряд недостатков: отклонение излучения от диффузного, отраженного от покрытия внутренних стенок; сложность нанесения качественного покрытия на внутренние стенки сферы; зависимость характеристик покрытия от факторов окружающей среды; потеря части падающего и отраженного излучения, связанная с наличием отверстий в фотометрическом шаре; необходимость установки дополнительного экрана для защиты от прямого попадания излучения на приемную площадку поверяемого средства измерения; значительное ослабление рассеиваемого внутри сферы потока излучения. Устранение этих недостатков приводит к усложнению технологии изготовления интегрирующих сфер, а также к тому, что они становятся более громоздкими. Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства для формирования равномерного распределения интенсивности лазерного пучка в поперечном его сечении среди диффузных формирователей является устройство, содержащее линзу из диффузно пропускающего стекла, одна поверхность которой выпуклая, а вторая плоская, фотометрический цилиндр (ФЦ), внутренняя поверхность которого выполнена из диффузно отражающего стекла (покрытия), например, из молочного стекла МС-20, причем плоская поверхность диффузно пропускающей линзы прикреплена к входному окну полого цилиндра, а центр симметрии диффузно пропускающей линзы лежит на оси симметрии полого цилиндра [Иванов B.C., Золотаревский Ю.М., Котюк А.Ф., Либерман А.А. и др. Основы оптической радиометрии. - М.: Физматлит, 2003, раздел 18.4]. По результатам исследования устройство при определенном подборе размеров и материалов для ФЦ в пределах части его выходного окна создает распределение с высоким уровнем равномерности относительной интенсивности ≈0,95…0,99 (приведенной к наибольшему значению). Однако в данном техническом решении не учтены характеристики ослабления ФЦ, что делает неоптимальным его применение с указанными в нем параметрами. Так, для определения коэффициентов преобразования многоэлементных измерительных преобразователей лазерного пучка при проведении калибровки или поверки важно обеспечить не только необходимые характеристики равномерности, но и требуемый уровень энергии (мощности), приходящийся на один его элемент.The prior art devices for forming a uniform distribution of the intensity of the laser beam in its cross section. One of the shapers of this type is a photometric ball [Gurevich M.M. Photometry (theory, methods and devices). L .: Energoatomizdat, 1983.], which is a sphere whose inner surface is made of diffusely reflecting material. Such a shaper has several disadvantages: deviation of radiation from diffuse, reflected from the coating of the inner walls; the difficulty of applying a high-quality coating to the inner walls of the sphere; dependence of coating characteristics on environmental factors; loss of part of the incident and reflected radiation associated with the presence of holes in the photometric ball; the need to install an additional screen to protect against direct radiation on the receiving platform of the calibrated measuring instrument; significant attenuation of the radiation flux scattered inside the sphere. The elimination of these shortcomings leads to the complication of the manufacturing technology of integrating spheres, as well as to the fact that they become more bulky. The closest analogue of the proposed device for forming a uniform distribution of the intensity of the laser beam in its cross section among diffuse shapers is a device containing a lens of diffusely transmitting glass, one surface of which is convex and the other is a flat, photometric cylinder (FC), the inner surface of which is made of diffuse reflective glass (coating), for example, from milk glass MS-20, and the flat surface of the diffusely transmitting lens attached to the input about well, a hollow cylinder, a center of symmetry diffusely transmissive lens lies on the axis of symmetry of the hollow cylinder [Ivanov B.C., Zolotarevskii YM, Kotyukov AF, Lieberman AA et al. Fundamentals of optical radiometry. - M .: Fizmatlit, 2003, section 18.4]. According to the results of the study, the device with a certain selection of sizes and materials for the FC within the limits of part of its output window creates a distribution with a high level of uniformity of relative intensity ≈0.95 ... 0.99 (reduced to the highest value). However, in this technical solution, the characteristics of attenuation of the FC are not taken into account, which makes its use non-optimal with the parameters indicated in it. So, to determine the conversion coefficients of multi-element measuring transducers of a laser beam during calibration or verification, it is important to provide not only the necessary characteristics of uniformity, but also the required level of energy (power) per one element.
Техническая задача, решаемая заявляемым изобретением, состоит в создании устройства для формирования равномерного распределения интенсивности лазерного пучка в поперечном его сечении, способного обеспечить распределения интенсивности с заданной степенью равномерности с наибольшим значением интенсивности в зоне выходного окна.The technical problem solved by the claimed invention is to create a device for forming a uniform distribution of the intensity of the laser beam in its cross section, capable of providing intensity distributions with a given degree of uniformity with the highest intensity value in the area of the output window.
Технический результат, достигаемый при реализации заявленного устройства, заключается в повышении уровня интенсивности излучения лазерного пучка в зоне выходного окна при высокой степени его равномерности (0,96…0,99).The technical result achieved by the implementation of the claimed device is to increase the level of radiation intensity of the laser beam in the area of the output window with a high degree of uniformity (0.96 ... 0.99).
Данный технический результат обеспечивается предлагаемым устройством для формирования равномерного распределения интенсивности лазерного пучка в поперечном его сечении, включающим соосно расположенную по ходу лазерного излучения диффузно пропускаюпгую линзу, полый фотометрический формирователь (ФМФ), внутренняя поверхность которого выполнена из диффузно отражающего покрытия, имеющий входное и выходное окна, причем диффузно пропускающая линза закреплена на входном окне ФМФ, отличающимся тем, что устройство дополнительно содержит двояковогнутую линзу и диффузно пропускающую пластину, а полый ФМФ выполнен в виде усеченного конуса, а диффузно пропускающая линза имеет выпукло-вогнутую форму, при этом центр симметрии двояковогнутой линзы и диффузно пропускающей линзы лежит на оси симметрии полого усеченного ФМФ, а диффузно пропускающая пластина закреплена на выходном окне полого усеченного ФМФ, причем двояковогнутая линза расположена перед диффузно пропускающей линзой так, что обеспечивает полную засветку диффузно пропускающей линзы, а геометрические параметры полого усеченного ФМФ с радиусами оснований R1, R2 и высотой L выбраны из соотношений:This technical result is provided by the proposed device for forming a uniform distribution of the intensity of the laser beam in its cross section, including a diffusely passing lens coaxially located along the laser radiation, a hollow photometric shaper (FMF), the inner surface of which is made of a diffusely reflecting coating, having an input and output windows moreover, diffusely transmitting lens mounted on the input window of the FMF, characterized in that the device further comprises a biconcave lens and diffusely transmitting plate, and the hollow FMF is made in the form of a truncated cone, and the diffusely transmitting lens has a convex-concave shape, while the center of symmetry of the biconcave lens and diffusely transmitting lens lies on the axis of symmetry of the hollow truncated FMF, and the diffusely transmitting plate is fixed to the output window of the hollow truncated FMF, and the biconcave lens is located in front of the diffusely transmitting lens so that it provides full illumination of the diffusely transmitting lens, and the geometric parameters a single truncated FMF with radii of the bases R 1 , R 2 and height L are selected from the relations:
R2=r/ρ; R1=1,2R2, L=10R2/3,R 2 = r / ρ; R 1 = 1,2R 2, L = 10R 2/3
где , Δ - коэффициент равномерности, выбранный из диапазона , r<R2 - радиус зоны выходного окна.Where , Δ - uniformity coefficient selected from the range , r <R 2 is the radius of the zone of the output window.
Предлагаемое устройство содержит двояковогнутую линзу, выполненную, например, из оптического стекла К-8, диффузно пропускающую выпукло-вогнутую линзу, выполненную, например, из молочного стекла МС-23, закрепленную на входном окне полого усеченного (ФМФ), выполненного, например, из металла (дюралюминиевый сплав Д16), внутренняя поверхность которого покрыта диффузно отражающим покрытием, например светотехнической эмалью марки АК-243.The proposed device comprises a biconcave lens, made, for example, of K-8 optical glass, diffusely transmitting a convex-concave lens, made, for example, of milk glass MS-23, mounted on the entrance window of a hollow truncated (FMF) made, for example, of metal (duralumin alloy D16), the inner surface of which is coated with a diffusely reflective coating, for example, AK-243 lighting enamel.
С целью обеспечения дополнительного выравнивания распределения интенсивности диффузно пропускающая пластина выполнена, например, из молочного стекла МС-23.In order to provide additional equalization of the intensity distribution, the diffusely transmitting plate is made, for example, of milk glass MS-23.
Двояковогнутая линза расположена перед диффузно пропускающей линзой на расстоянии, необходимом для ее полной засветки, и может быть закреплена либо путем жесткого соединения с ФМФ в единой конструкции, либо автономно.The biconcave lens is located in front of the diffusely transmitting lens at a distance necessary for its full illumination, and can be fixed either by rigid connection with the FMF in a single design, or autonomously.
Устройство представляет пассивный формирователь равномерного распределения интенсивности лазерного пучка, в котором осуществляется выравнивание распределения интенсивности за счет многократных диффузных отражений излучения от внутренней поверхности ФМФ и его прохождения через диффузно пропускающие линзу и пластину. Параметры двояковогнутой линзы и ее расположение обеспечивают полную засветку диффузно пропускающей линзы и ФМФ. Схема заявляемого устройства формирования равномерного распределения интенсивности лазерного пучка в поперечном его сечении в предпочтительном варианте его осуществления представлена на чертеже. Устройство содержит соосно расположенные по ходу лазерного излучения от источника 1 двояковогнутую линзу 2, изготовленную из оптического стекла К-8, диффузно пропускающую выпукло-вогнутую линзу 3, изготовленную из молочного стекла МС-23, закрепленную на входном окне полого ФМФ 4, выполненного из металла (дюралюминиевый сплав Д16) с внутренней поверхностью 5, покрытой светотехнической эмалью АК-243, и диффузно пропускающую пластину 6 из молочного стекла МС-23, закрепленную на выходном окне ФМФ. На выходе пластины 6 установлен калибруемый или поверяемый данным устройством многоэлементный измерительный преобразователь 7.The device is a passive shaper of the uniform distribution of the intensity of the laser beam, in which the intensity distribution is equalized due to multiple diffuse reflections of radiation from the inner surface of the FMF and its passage through the diffusely transmitting lens and plate. The parameters of the biconcave lens and its location provide full illumination of a diffusely transmitting lens and FMF. A diagram of the inventive device for generating a uniform distribution of the intensity of the laser beam in its cross section in a preferred embodiment is presented in the drawing. The device comprises a
Исследование данного устройства, представленное в таблице, показало, что геометрические параметры ФМФ, обеспечивающие наибольшее значение относительной интенсивности Emax при высокой равномерности, соответствуют соотношениям:The study of this device, presented in the table, showed that the geometric parameters of the FMF, providing the greatest value of the relative intensity E max with high uniformity, correspond to the relations:
, где R1, R2 - входной и выходной радиусы усеченного ФМФ соответственно и , где L - высота ФМФ. Значение интенсивности при отсутствии ФМФ приблизительно в 1,8 раза меньше. Распределение относительной интенсивности лазерного пучка Е(ρ) в пределах зоны выходного окна диффузно пропускающей линзы 6, радиуса r, предназначенного для установки калибруемого или поверяемого многоэлементного измерительного преобразователя 7, может быть аппроксимировано квадратичной зависимостью вида: where R 1 , R 2 are the input and output radii of the truncated FMF, respectively, and where L is the height of the FMF. The intensity value in the absence of FMF is approximately 1.8 times less. The distribution of the relative intensity of the laser beam E (ρ) within the area of the exit window of the diffusely transmitting lens 6, of radius r, intended for installation of a calibrated or verified multi-element measuring
, ,
где , .Where , .
Оптимальные параметры ФМФ определяются следующим образом:The optimal parameters of the FMF are determined as follows:
- исходя из требуемой степени равномерности Δ на границе многоэлементного измерительного преобразователя, радиуса r, выбранной из промежутка , находят значения ρ и радиус R2 ФМФ по формулам:- based on the required degree of uniformity Δ at the boundary of the multi-element measuring transducer, radius r, selected from the gap , find the values of ρ and the radius R 2 FMF according to the formulas:
, ; , ;
- определяют высоту ФМФ из соотношения L=10R2/3;- determine the height of the MFF ratio L = 10R 2/3;
- определяют радиус R1 ФМФ: R1=1,2R2.- determine the radius R 1 FMF: R 1 = 1,2R 2 .
Как видно из таблицы, при значениях параметров m=0,3; γ=1,2 достигается наибольшее значение относительной интенсивности Emax=0,351 отн. ед. при высокой степени равномерности, если ρ≤0,4.As can be seen from the table, with parameter values m = 0.3; γ = 1.2, the highest value of the relative intensity E max = 0.351 rel. units with a high degree of uniformity, if ρ≤0,4.
Устройство работает следующим образом. Лазерное излучение от источника 1 падает по нормали на центр двояковогнутой линзы 2, обеспечивающей полную засветку диффузно пропускающей выпукло-вогнутой линзы 3. Такая ее форма обеспечивает выравнивание распределения интенсивности на краях за счет более интенсивного поглощения в центре и создания условий более эффективного использования ФМФ. Проходя линзу 3, излучение распределяется внутри ФМФ 4 по закону, близкому к закону Ламберта. Часть излучения достигает диффузно пропускающей пластины 6 без отражения от внутренней поверхности полого ФМФ, а другая часть - после многократных отражений от его внутренней поверхности. Поскольку внутренняя поверхность цилиндра выполнена из диффузно отражающего покрытия, то в каждой ее точке излучение также будет распределяться по закону Ламберта. В результате на входе диффузно пропускающей пластины 6 формируется распределение интенсивности, близкое к равномерному. Диффузно пропускающая пластина 6 осуществляет дополнительное выравнивание распределения интенсивности излучения, поступающего на калибруемый или поверяемый многоэлементный измерительный преобразователь 7.The device operates as follows. The laser radiation from
Таким образом, параметры предлагаемого устройства оптимизированы как по степени равномерности, так и уровню интенсивности излучения.Thus, the parameters of the proposed device are optimized both in terms of uniformity and level of radiation intensity.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015150226A RU2610920C1 (en) | 2015-11-24 | 2015-11-24 | Device for shaping uniform distribution of intensity of laser beam |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015150226A RU2610920C1 (en) | 2015-11-24 | 2015-11-24 | Device for shaping uniform distribution of intensity of laser beam |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2610920C1 true RU2610920C1 (en) | 2017-02-17 |
Family
ID=58458634
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015150226A RU2610920C1 (en) | 2015-11-24 | 2015-11-24 | Device for shaping uniform distribution of intensity of laser beam |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2610920C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU184251U1 (en) * | 2018-05-03 | 2018-10-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") | DEVICE FOR LASER RADIATION POWER MEASUREMENT |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11109280A (en) * | 1997-09-30 | 1999-04-23 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Beam honogenizer and laser irradiation apparatus as well as laser irradiation method and semiconductor device |
RU2282228C1 (en) * | 2005-06-14 | 2006-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" | Method for suppression of laser speckles in optical scanning displays and device for its realization (modifications) |
US8326102B2 (en) * | 2004-10-04 | 2012-12-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device |
US8724223B2 (en) * | 2009-02-18 | 2014-05-13 | Limo Patentverwaltung Gmbh & Co. Kg | Device for homogenizing laser radiation |
-
2015
- 2015-11-24 RU RU2015150226A patent/RU2610920C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11109280A (en) * | 1997-09-30 | 1999-04-23 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Beam honogenizer and laser irradiation apparatus as well as laser irradiation method and semiconductor device |
US8326102B2 (en) * | 2004-10-04 | 2012-12-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device |
RU2282228C1 (en) * | 2005-06-14 | 2006-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" | Method for suppression of laser speckles in optical scanning displays and device for its realization (modifications) |
US8724223B2 (en) * | 2009-02-18 | 2014-05-13 | Limo Patentverwaltung Gmbh & Co. Kg | Device for homogenizing laser radiation |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU184251U1 (en) * | 2018-05-03 | 2018-10-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") | DEVICE FOR LASER RADIATION POWER MEASUREMENT |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN208780908U (en) | Illumination optical apparatus | |
US5055978A (en) | Uniform light source | |
DE69431057T2 (en) | NON-IMAGING OPTICAL LIGHTING SYSTEM | |
US3932023A (en) | Optical coupler for transmitting light linearly between a single point and plural points | |
JP4570680B1 (en) | Light irradiation device and inspection device | |
JPH07117619B2 (en) | Multi-directional non-imaging device and multi-directional non-imaging system | |
CN100419398C (en) | Field radiation calibration and calibrator for large-bore photoelectric system | |
DE112016005440T5 (en) | Light source device, lighting device and vehicle lamp device | |
CN104991258A (en) | Infrared laser light uniformizing illumination detecting system | |
RU2610920C1 (en) | Device for shaping uniform distribution of intensity of laser beam | |
US20100060867A1 (en) | Pseudo light pipe for coupling of light for dual paraboloid reflector (dpr) system | |
CN103884659A (en) | Angular resolution micro-nano spectrum analysis device | |
WO2007038495A2 (en) | Light integrator with circular light output | |
CN102183803A (en) | Parasitic light eliminating panel for imaging process of optical system | |
CN109579984B (en) | Laser beam homogenization attenuator | |
US11774755B2 (en) | Near-eye optical system | |
US3343449A (en) | Veiling luminance measurement device | |
US20170248795A1 (en) | Backscatter reductant anamorphic beam sampler | |
JP2005531037A (en) | Laser beam automatic centering apparatus and method of manufacturing the apparatus | |
WO2015015893A1 (en) | Acoustic wave-detecting probe and photoacoustic measurement device | |
JP6902523B2 (en) | Side emitting optical fiber | |
CN204129332U (en) | Optical attenuator | |
RU2560748C1 (en) | Large aperture optical system | |
CN109579983A (en) | Beam sampling device for superlaser light distribution parameter measurement | |
CN104133290A (en) | Optical attenuator |