SU1597834A1 - Device for focusing high-power optical radiation - Google Patents
Device for focusing high-power optical radiation Download PDFInfo
- Publication number
- SU1597834A1 SU1597834A1 SU884602515A SU4602515A SU1597834A1 SU 1597834 A1 SU1597834 A1 SU 1597834A1 SU 884602515 A SU884602515 A SU 884602515A SU 4602515 A SU4602515 A SU 4602515A SU 1597834 A1 SU1597834 A1 SU 1597834A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- flexible mirror
- cooling system
- focus
- focusing
- sensor
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относитс к оптико-механической промышленности и может быть использовано дл автоматической фокусировки технологических лазеров и в системах адаптивной оптики. Целью изобретени вл етс снижение потребл емой мощности и уменьшение габаритов и массы. Устройство содержит гибкую зеркальную пластину 1, соединенную с системой 2 охлаждени и датчик 4 фокусировки. Новым вл етс выполнение гибкого зеркала из термобиметалла и введение в систему его охлаждени регул тора 3, соединенного с выходом датчика 4 фокусировки. Кроме того, с целью обеспечени фокусировки излучени в заданный объем пространства один или оба сло термобиметаллического гибкого зеркала выполнены с переменной по диаметру толщиной либо имеют различные по диаметру размеры и форму. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.The invention relates to the optomechanical industry and can be used for automatic focusing of process lasers and in systems of adaptive optics. The aim of the invention is to reduce power consumption and reduce size and weight. The device comprises a flexible mirror plate 1 connected to the cooling system 2 and the focus sensor 4. New is the implementation of a flexible mirror from a thermal bimetal and the introduction of a regulator 3 connected to the output of the focusing sensor 4 to its cooling system. In addition, in order to focus the radiation into a given volume of space, one or both layers of a thermo-bimetallic flexible mirror are made with a thickness varying in diameter or have different sizes and shapes in diameter. 2 hp f-ly, 1 ill.
Description
Изобретение относитс к оптико-механической промышленности и может быть использовано дл автоматической фокусировки излучени в технологических лазерах и в системах адаптивной оптики.The invention relates to the optomechanical industry and can be used for automatic focusing of radiation in industrial lasers and in systems of adaptive optics.
Целью изобретени вл етс снижение потребл емой мощности и уменьшение габаритов и массы устройства.The aim of the invention is to reduce power consumption and reduce the size and weight of the device.
На чертеже изображена схема устройства .The drawing shows a diagram of the device.
га на 180° и вращаюш.ихс на одной оси. Световой пучок пересекаетс полудисками попеременно и падает на фотоприемник, расположенный за ними. В результате на вы- 5 ходе фотоприемника формирукугс пачки электрических сигналов, следующие одна за другой. Если фокус расположен посередине. между плоскост ми полудисков, то диаметры сечени пучка на них одинаковы и амплитуды сигналов во всех пачках равны между собойha by 180 ° and rotated on the same axis. The light beam intersects the half disks alternately and falls on the photodetector located behind them. As a result, at the output of the photodetector during the formation of the formation of a bundle of electrical signals, one after the other. If the focus is in the middle. between the planes of the half-disks, then the diameters of the beam section on them are the same and the amplitudes of the signals in all the packs are equal
Устройство состоит из гибкой зеркальной и разностный сигнал равен нулю. Если фокусThe device consists of a flexible specular and differential signal equal to zero. If focus
пластины 1, выполненной из термобиметалла (двух жестко соединенных по всей поверхности слоев металла с различными коэффициентами теплового расширени ), системы 2 охлаждени , непосредственно св занной с гибкой зеркальной пластиной 1. Система 2 охлаждени регул тор 3, который соединен с выходом датчика 4 фокусировки , над которым на пути оптического пучка расположено устройство 5 делени оптического пучка.plate 1 made of a thermobimetal (two rigidly connected across the surface of metal layers with different thermal expansion coefficients), cooling system 2 directly connected to the flexible mirror plate 1. Cooling system 2 regulator 3, which is connected to the output of the focusing sensor 4 above which the optical beam division device 5 is located in the path of the optical beam.
Устройство фокусировки мощного оптического излучени работает следующим образом .The power optical focusing device operates as follows.
Мощный оптический пучок, пада на поверхность зеркальной пластины 1, изготовленной из двух слоев металла с различными температурными коэффициентами расщире- ни , нагревает ее. В силу свойств термобиметалла зеркальна пластина 1 изгибаетс , причем, если температурный коэффициент расширени сло , на который падает излучение , меньше, чем второго сло , то зеркальна поверхность принимает вогнутую форму. Если зеркальна пластина 1 имеет круглую форму и состоит из слоев посто нной по диаметру толщины, то ее изгиб происходит аналогично биморфным пьезоэлектри- чеким зеркалам по сфере с высокой точностью .A powerful optical beam, incident on the surface of the mirror plate 1, made of two layers of metal with different temperature coefficients of expansion, heats it. By virtue of the properties of the thermobimetal, the mirror plate 1 is bent, and if the temperature expansion coefficient of the layer on which radiation is incident is less than that of the second layer, then the mirror surface takes a concave shape. If the mirror plate 1 has a round shape and consists of layers of a thickness that is constant in diameter, then its bending occurs in the same way as bimorph piezoelectric mirrors with high accuracy.
В случае оптимального выбора соотношени толщин слоев, когдаIn the case of the optimal choice of the ratio of layer thicknesses, when
1т2 ,/Е71t2, / E7
h,E2 h, E2
где hi и h2 - толщины слоев 1 и 2;where hi and h2 are the thicknesses of layers 1 and 2;
EI и Е2 - модули упругости слоев 1 и 2, радиус кривизны дл изначально плоской пластины определ етс по формулеEI and Е2 are the elastic moduli of layers 1 and 2; the radius of curvature for an initially flat plate is determined by the formula
„ 2 J„2 J
3 (а2-ai)A0 3 (a2-ai) A0
где h - обща толщина биметаллическойwhere h is the total thickness of the bimetallic
пластины;plates;
ai и а2 - температурные коэффициенты расширени слоев 1 и 2; Д0 - изменение температуры.ai and a2 are the temperature coefficients of expansion of layers 1 and 2; D0 - temperature change.
Отраженное от зеркальной пластины 1 излучение идет на цель и частично ответвл етс устройством 5 делени пучка и направл етс на датчик 4 фокусировки. Датчик 4 фокусировки излучени может быть изготовлен при помощи двух полудисков со щел ми, развернутых относительно друг друсмещен , то диаметр пучка на полудиске, в сторону -которого он сместилс , становитс меньще, чем на другом. В результате, пачки импульсов имеют различную амплиту15 ду и разностный сигнал имеет амплитуду, пропорциональную величине смещени фокуса , и знак, завис щий от направлени этого смещени . С выхода датчика 4 фокусировки сигнал поступает на регул тор 3 системы 2 охлаждени . В случае недостаточнойThe radiation reflected from the mirror plate 1 goes to the target and is partially branched off by the beam dividing device 5 and is directed to the focus sensor 4. The radiation focusing sensor 4 can be made with the help of two half-disks with slots deployed relatively to each other, and the diameter of the beam on the half-disk, in the direction that it has shifted, becomes smaller than on the other. As a result, the pulse bursts have a different amplitude and the difference signal has an amplitude proportional to the magnitude of the focus displacement, and a sign depending on the direction of this displacement. From the output of the sensor 4 focusing signal is supplied to the controller 3 of the cooling system 2. In case of insufficient
фокусировки отраженного от зеркальной пластины 1 пучка (большого радиуса кривизны зеркальной пластины 1) сигнал с выхода датчика 4 фокусировки, подаваемый на регул тор 3, невелик, и система 2 охлаждени focusing the beam reflected from the mirror plate 1 (large radius of curvature of the mirror plate 1) the signal from the output of the focus sensor 4 to the regulator 3 is small and the cooling system 2
25 работает слабо.25 works poorly.
Температура зеркальной пластины 1 возрастает и радиус ее кривизны уменьшаетс . Если кривизна зеркальной пластины 1 превосходит заданную величину, то сигнал сThe temperature of the mirror plate 1 increases and the radius of its curvature decreases. If the curvature of the mirror plate 1 exceeds a specified value, then the signal with
30 датчика 4 фокусировки усиливаетс , регул тор 3 увеличивает интенсивность работы системы 2 охлаждени , температура, а следовательно , и кривизна зеркальной пластины 1 уменьшаютс . Таким образом, радиус кривизны зеркальной пластины 1 посто нно30, the focusing sensor 4 is amplified, the controller 3 increases the intensity of the operation of the cooling system 2, the temperature and, consequently, the curvature of the mirror plate 1 decreases. Thus, the radius of curvature of the mirror plate 1 is constant
35 стремитс к заданному значению.35 tends to a predetermined value.
Система 2 охлаждени может быть изготовлена с помощью термоэлектрических элементов Пельтье, присоединенных к задней поверхности гибкой зеркальной пластины 1.The cooling system 2 can be made using Peltier thermoelectric elements attached to the back surface of the flexible mirror plate 1.
Наиболее простым в реализации режимом работы регул тора системы 3 охлаждени вл етс релейный, при котором он либо отключает систему 2 охлаждени , либо включает ее на полную мощность, причем пе45 реключение происходит по сигналам датчика 4 фокусировки в момент равенства фокусного рассто ни гибкого зеркала 1 заданной величине (при этом, когда фокусное рассто ние зеркала 1 больше заданного, система 2 охлаждени отключена, а когда мень50 ше, включена на полную мощность). В качестве регул тора 3, обеспечивающего релейный режим работы, может быть использована транзисторна ключева схема, в качестве коллекторной нагрузки которой включены элементы Пельтье системы 2 охлаж55 дени .The easiest way to implement the operation mode of the cooling system controller 3 is relay, in which it either turns off the cooling system 2 or turns it on at full power, and switching occurs by the signals of the focus sensor 4 when the focal distance of the flexible mirror 1 is equal the magnitude (in this case, when the focal length of the mirror 1 is greater than the specified one, the cooling system 2 is turned off, and when less than 50, it is turned on at full power). As a regulator 3, providing a relay mode of operation, a transistor key circuit can be used, the collector load of which includes the Peltier elements of the cooling system 2.
При изготовлении термобиметаллического гибкого зеркала из слоев с переменной по диаметру толщиной либо различныхIn the manufacture of a thermo-bimetallic flexible mirror from layers with a variable diameter or different thickness
4040
га на 180° и вращаюш.ихс на одной оси. Световой пучок пересекаетс полудисками попеременно и падает на фотоприемник, расположенный за ними. В результате на вы- ходе фотоприемника формирукугс пачки электрических сигналов, следующие одна за другой. Если фокус расположен посередине. между плоскост ми полудисков, то диаметры сечени пучка на них одинаковы и амплитуды сигналов во всех пачках равны между собойha by 180 ° and rotated on the same axis. The light beam intersects the half disks alternately and falls on the photodetector located behind them. As a result, at the output of the photodetector of the formirukugs there are bundles of electrical signals, one after the other. If the focus is in the middle. between the planes of the half-disks, then the diameters of the beam section on them are the same and the amplitudes of the signals in all the packs are equal
и разностный сигнал равен нулю. Если фокусand the difference signal is zero. If focus
смещен, то диаметр пучка на полудиске, в сторону -которого он сместилс , становитс меньще, чем на другом. В результате, пачки импульсов имеют различную амплитуду и разностный сигнал имеет амплитуду, пропорциональную величине смещени фокуса , и знак, завис щий от направлени этого смещени . С выхода датчика 4 фокусировки сигнал поступает на регул тор 3 системы 2 охлаждени . В случае недостаточнойshifted, then the diameter of the beam on the half disk, in the direction that it shifted, becomes smaller than on the other. As a result, the pulse bursts have a different amplitude and the difference signal has an amplitude proportional to the magnitude of the focus displacement and a sign depending on the direction of this displacement. From the output of the sensor 4 focusing signal is supplied to the controller 3 of the cooling system 2. In case of insufficient
фокусировки отраженного от зеркальной пластины 1 пучка (большого радиуса кривизны зеркальной пластины 1) сигнал с выхода датчика 4 фокусировки, подаваемый на регул тор 3, невелик, и система 2 охлаждени focusing the beam reflected from the mirror plate 1 (large radius of curvature of the mirror plate 1) the signal from the output of the focus sensor 4 to the regulator 3 is small and the cooling system 2
5 работает слабо.5 works poorly.
Температура зеркальной пластины 1 возрастает и радиус ее кривизны уменьшаетс . Если кривизна зеркальной пластины 1 превосходит заданную величину, то сигнал сThe temperature of the mirror plate 1 increases and the radius of its curvature decreases. If the curvature of the mirror plate 1 exceeds a specified value, then the signal with
0 датчика 4 фокусировки усиливаетс , регул тор 3 увеличивает интенсивность работы системы 2 охлаждени , температура, а следовательно , и кривизна зеркальной пластины 1 уменьшаютс . Таким образом, радиус кривизны зеркальной пластины 1 посто нно0 of the focusing sensor 4 is amplified, the controller 3 increases the intensity of the operation of the cooling system 2, the temperature and, consequently, the curvature of the mirror plate 1 decreases. Thus, the radius of curvature of the mirror plate 1 is constant
5 стремитс к заданному значению.5 tends to a predetermined value.
Система 2 охлаждени может быть изготовлена с помощью термоэлектрических элементов Пельтье, присоединенных к задней поверхности гибкой зеркальной пластины 1.The cooling system 2 can be made using Peltier thermoelectric elements attached to the back surface of the flexible mirror plate 1.
Наиболее простым в реализации режимом работы регул тора системы 3 охлаждени вл етс релейный, при котором он либо отключает систему 2 охлаждени , либо включает ее на полную мощность, причем пе5 реключение происходит по сигналам датчика 4 фокусировки в момент равенства фокусного рассто ни гибкого зеркала 1 заданной величине (при этом, когда фокусное рассто ние зеркала 1 больше заданного, система 2 охлаждени отключена, а когда мень50 ше, включена на полную мощность). В качестве регул тора 3, обеспечивающего релейный режим работы, может быть использована транзисторна ключева схема, в качестве коллекторной нагрузки которой включены элементы Пельтье системы 2 охлаж55 дени .The easiest way to implement the mode of operation of the cooling system controller 3 is relay, in which it either turns off the cooling system 2 or turns it on at full capacity, and switching occurs by the signals of the focus sensor 4 when the focal distance of the flexible mirror 1 is equal the magnitude (in this case, when the focal length of the mirror 1 is greater than the specified one, the cooling system 2 is turned off, and when less than 50, it is turned on at full power). As a regulator 3, providing a relay mode of operation, a transistor key circuit can be used, the collector load of which includes the Peltier elements of the cooling system 2.
При изготовлении термобиметаллического гибкого зеркала из слоев с переменной по диаметру толщиной либо различныхIn the manufacture of a thermo-bimetallic flexible mirror from layers with a variable diameter or different thickness
00
по диаметру размеров и формы его деформаци определ етс более сложным выражением . Очевидно температурна деформаци термобиметаллического гибкого зеркала должна описыватьс уравнением, подобным уравнению деформации биморфного пьезоэлектрического гибкого зеркала. Дл статического режима работы уравнение, описывающее прогибы поверхности термобиметаллического гибкого зеркала, имеет видaccording to the diameter of the size and shape, its deformation is determined by a more complex expression. Obviously, the temperature deformation of a thermo-bimetallic flexible mirror should be described by an equation similar to the deformation equation of a bimorph piezoelectric flexible mirror. For a static mode of operation, the equation describing the deflections of the surface of a thermo-bimetallic flexible mirror has the form
(х,у) , (x,y)(x, y), (x, y)
-X ОI. TI (Эх-X OI. TI (Eh
дуdo
кto
D(x,y)D (x, y)
6t,6t
где W(x,y) - смещени поверхности гибкогоwhere W (x, y) is the displacement of the flexible surface
зеркала;mirrors;
х,у - координаты в плоскости гибкого зеркала;x, y - coordinates in the plane of the flexible mirror;
D(x,y) - распределение жесткости гибкого зеркала по его площади, завис щее от толщины и формы его слоев; 6t - изменение температуры;D (x, y) is the distribution of the rigidity of a flexible mirror over its area, depending on the thickness and shape of its layers; 6t - temperature change;
К - коэффициент пропорциональности .K - coefficient of proportionality.
В частности, дл гибкого зеркала с пере- меиной по диаметру толщиной данное уравнение прииимает видIn particular, for a flexible mirror with a diameter width, this equation takes the form
(W(x,y) , (x,y)(W (x, y), (x, y)
1one
J/ I J / T/лс-4. J / I J / T / hp-4.
-д К dc
где Ki Е и Vwhere Ki E and V
р , R ,
модуль упругости и коэффициент Пуассона материала гибкого зеркала; h(x,y) - функци толщины гибкого зеркала.elastic modulus and Poisson’s ratio of flexible mirror material; h (x, y) is a function of the thickness of a flexible mirror.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU884602515A SU1597834A1 (en) | 1988-11-05 | 1988-11-05 | Device for focusing high-power optical radiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU884602515A SU1597834A1 (en) | 1988-11-05 | 1988-11-05 | Device for focusing high-power optical radiation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1597834A1 true SU1597834A1 (en) | 1990-10-07 |
Family
ID=21408101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU884602515A SU1597834A1 (en) | 1988-11-05 | 1988-11-05 | Device for focusing high-power optical radiation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1597834A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009017586A1 (en) * | 2007-07-31 | 2009-02-05 | Coherent, Inc. | Thermal distortion compensation for laser mirrors |
| US7656572B2 (en) | 2003-02-26 | 2010-02-02 | Universitat Bern | Method, array, and influencing unit for said array in order to modify a wavefront of an optical beam |
| RU2746857C1 (en) * | 2020-10-23 | 2021-04-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Method for controlling pulsed optical radiation |
-
1988
- 1988-11-05 SU SU884602515A patent/SU1597834A1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Adelman N. Т. Applied Optics, 1977, V. 11, N 12, p. 30-75. Fushetto A. Optical Engineering, 1981, V. 29, N 2, p. 310. * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7656572B2 (en) | 2003-02-26 | 2010-02-02 | Universitat Bern | Method, array, and influencing unit for said array in order to modify a wavefront of an optical beam |
| WO2009017586A1 (en) * | 2007-07-31 | 2009-02-05 | Coherent, Inc. | Thermal distortion compensation for laser mirrors |
| US7664159B2 (en) | 2007-07-31 | 2010-02-16 | Coherent, Inc. | Thermal distortion compensation for laser mirrors |
| GB2463614A (en) * | 2007-07-31 | 2010-03-24 | Coherent Inc | Thermal distortion compensation for laser mirrors |
| US7965757B2 (en) | 2007-07-31 | 2011-06-21 | Coherent, Inc. | Thermal distortion compensation for laser mirrors |
| GB2463614B (en) * | 2007-07-31 | 2011-12-21 | Coherent Inc | Thermal distortion compensation for laser mirrors |
| RU2746857C1 (en) * | 2020-10-23 | 2021-04-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Method for controlling pulsed optical radiation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6147789A (en) | High speed deformable mirror light valve | |
| US5870133A (en) | Laser scanning device and light source thereof having temperature correction capability | |
| US5646391A (en) | Optical assembly for controlling beam size in bar code scanners | |
| US5815626A (en) | Optical transmission device, solid state laser device, and laser beam processing device | |
| EP0171816A1 (en) | Autofocusing control system | |
| KR930018259A (en) | Compact laser probe for profilometry | |
| US7038853B2 (en) | Athermalized plastic lens | |
| JPH02293809A (en) | Optical scanner | |
| JPH0327085B2 (en) | ||
| US4164717A (en) | Acoustooptic modulation and deflection | |
| US6134039A (en) | Wavelength dependent thermally compensated optical system | |
| US20030035225A1 (en) | Objective lens formed of a single lens and having high numerical aperture and an optical pickup apparatus adopting the same | |
| US6917478B2 (en) | Scanning head lens assembly | |
| SU1597834A1 (en) | Device for focusing high-power optical radiation | |
| US7171084B2 (en) | Optical apparatus provided with demultiplexing function | |
| US4696061A (en) | Acousto-optic R-F receiver which is tunable and has adjustable bandwidth | |
| US5870227A (en) | Scanning head lens assembly | |
| CN111133361A (en) | Acousto-optic system with phase-shifting reflector | |
| US5642233A (en) | Optical device | |
| JP2004004832A (en) | Tunable optical filter based on physically deformable diffractive element | |
| US5216550A (en) | Optical system for scanning device | |
| US4701031A (en) | Prism telescope to match optical requirements for acousto-optic deflector | |
| Goto | Two-dimensional micro-optical scanner excited by PZT thin-film microactuator | |
| EP0468617B1 (en) | Optical pickup device | |
| JPS63155432A (en) | Grating lens optical system |