устройство управления мощностью оптического излучения

Формула изобретения

Устройство управления мощностью оптического излучения, содержащее два оптических элемента, установленных на оптический контакт пьезоэлемент, жестко взаимосвязанный с поверхностью второго по ходу луча оптического элемента и основанием, а также опору первого по ходу луча оптического элемента, контактирующего с ней одной из своих поверхностей, отличающееся тем, что опора образована из двух жестко соединенных между собой частей, одна из которых в виде прокладки выполнена из материала, что и второй по ходу луча оптический элемент и равной с ним толщины в месте его соединения с пьезоэлементом, а другая из материала, однородного по составу материалу пьезоэлемента и равной с ним высоты, при этом опора жестко установлена на основание.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для управления мощностью передаваемого потока излучения, а более конкретно в устройствах: оптический модулятор, светоделитель с управляемым коэффициентом отраженияпропускания, оптический переключатель.

Известно устройство (1), которое содержит оптические элементы, установленные на оптическом контакте, и пьезоэлемент. В устройстве приложение управляющего напряжения к пьезоэлементу вызывает упругую деформацию как пьезоэлемента, так и оптического элемента, жестко закрепленного с ним. В результате этого изменяется величина воздушного зазора между оптическими элементами за счет изгиба одного из них (взаимосвязанного концами с пьезоэлементом). Величина изгиба, а, следовательно, и воздушного зазора зависит от величины подаваемого напряжения.

При таком функционировании происходит искривление рабочих оптических поверхностей и возникает сложная картина механических напряжений, что отрицательно сказывается на качестве изображения:

не может быть достигнута равномерность коэффициента отраженияпропускания по всей оптической зоне,

снижается износостойкость оптических элементов,

возникают источники паразитных засветок,

при переходе работы прибоpа на более длинные волны излучения необходимо увеличить габариты изделия из-за ограниченности зоны упругости материала оптического элемента.

Известно лазерное устройство (2), в состав которого входит лампа накачки, активный элемент и устройство управления добротностью резонатора (мощностью светового потока). Сведения, изложенные в данном источнике о части объекта, т. е. об устройстве управления мощностью светового потока, достаточны, чтобы сделать вывод, что данный объект техники это наиболее близкий аналог как по технической сущности, так и по достигаемому результату, поэтому он и выбран в качестве прототипа.

Устройство состоит из двух оптических элементов, установленных на оптический контакт, пьезоэлемента, взаимосвязанного с поверхностью второго по ходу луча оптического элемента, основания и опоры, контактирующей одной поверхностью с поверхностью первого по ходу луча оптического элемента, а другой с основанием. Оптические элементы, основание и опора могут быть выполнены из одного и того же материала.

Положительный эффект этого устройства достигается за счет того, что второй по ходу луча оптический элемент жестко закреплен на поверхности пьезоэлемента и в совокупности с пьезоэлементом и основанием образует моноблок. Поэтому при приложении к пьезоэлементу управляющего напряжения, перемещение второго по ходу луча оптического элемента не сопровождается возникновением в нем внутренних механических напряжений. В результате между оптическими элементами нарушается оптический контакт и по всей рабочей зоне формируется воздушный зазор высокой равномерности.

В прототипе исключены вышеуказанные недостатки, но однако при изменении температуры окружающей среды из-за разности коэффициентов температурного расширения элементов устройства возникает его самопроизвольное срабатывание или разрушение оптических элементов из-за их взаимного силового воздействия.

Решение этой проблемы достигается тем, что в известном устройстве, содержащем два оптических элемента, установленных на оптический контакт, пьезоэлемент, взаимосвязанный с поверхностью второго по ходу луча оптического элемента, и основание, а также опору первого по ходу луча оптического элемента, контактирующую с ним одной из своих поверхностей, опора образована из двух, жестко соединенных между собой частей, одна из которых в виде прокладки выполнена из материала, что и второй по ходу луча оптический элемент, и равной с ним толщины вместе его соединения с пьезоэлементом, а другая из материала, однородного по составу материалу пьезоэлемента и равной с ним высоты, при этом опора жестко установлена на основание.

Указанная совокупность признаков подтверждает, что изобретение отличается от прототипа наличием в устройстве детали новой конструкции, наличием связей между деталями, взаимосвязью размеров и материалов, из которых они выполнены, что соответствует критерию "Новизна".

Проведенный анализ известных технических решений в данной области техники показывает, что достичь температурной стабилизации теоретически возможно путем подбора материала для опоры, для чего следует использовать материалы с различными коэффициентами температурного расширения в сочетании с подбором их толщины.

Однако из-за допуска на коэффициент температурного расширения указанным путем достичь этого практически невозможно.

Поэтому в предлагаемом техническом решении компенсация температурных изменений деталей устройства достигается благодаря новому свойству, а именно за счет взаимокомпенсации коэффициентов температурного расширения элементов и одновременно допусков на коэффициенты температурного расширения материалов этих элементов. Исключение влияния коэффициентов температурного расширения элементов конструкции и допусков на коэффициенты температурного расширения материалов этих элементов обусловлено наличием в устройстве указанных признаков.

Из сказанного вытекает, что предлагаемый объект не следует явным образом из уровня техники, следовательно соответствует критерию "Изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлена конструктивная схема светоделителя; на фиг. 2 - конструктивная схема модулятора.

Указанные схемы включают в себя оптические элементы 1, 2 (фиг. 1), например призмы, или 7, 8 (фиг.2), например соответственно призма, пластина, пьезоэлемент 3, к которому прикладывается управляющее напряжение. Опора, состоящая из двух взаимосвязанных частей, одна из которых 4 контактирует с поверхностью первого по ходу луча оптического элемента, а другая 5 жестко установлена на основание (подложку) 6. А плоскость контакта оптических элементов 1 2 фиг. 1, 7 фиг. 2 и 1 4 фиг. 1, 7 4 фиг.2.

Для управления мощностью передаваемого оптического излучения на пьезоэлемент 3 подается управляющее напряжение и вызывает его деформацию. Вследствие этого между оптическими элементами нарушается оптический контакт. Величина образующегося между их плоскостями зазора зависит от величины подаваемого напряжения. Луч, проходящий через первый по его ходу оптический элемент и попадающий на поверхность контакта (А) под углом полного внутреннего отражения (или большим), частично отражается, а частично и поступает во второй оптический элемент. При этом имеет место функциональная зависимость распределения отраженной и прошедшей энергии от соотношения величины зазора и длины волны излучения. В случае использования устройства, изображенного на фиг. 1, соотношение уровней потоков излучения, выходящих из оптических элементов 1 2, определяется величиной зазора между этими элементами, зависящей от величины управляющего напряжения, подаваемого на пьезоэлемент.

В устройстве, изображенном на фиг. 2, уровень мощности потока излучения, вышедшего из первого по ходу луча оптического элемента, определяется величиной зазора между элементами 7 8 и уровнем потерь излучения во втором по ходу луча оптическом элементе.

При изготовлении предлагаемого устройства рекомендуется использовать для

оптических элементов 1, 2 фиг. 1 и 7 фиг. 2 (призма полного внутреннего отражения) стекло К 108Л ГОСТ 3514-76,

оптического элемента 8 фиг.2, основание 6 фиг. 1, 2, части опоры 4 фиг. 1, 2 (плоскопараллельная пластина) стекло 108Л ГОСТ 3514-76,

части опоры 5 фиг. 1, 2 и пьезоэлемента 3 фиг. 1, 2 ПП-5 ЩЧО.338.003ТУ.

Изложенные примеры конкретного выполнения заявленного объекта и их функционирование являются доказательством критерия "Промышленная применимость устройства".

Преимуществом изобретения является качественный эффект за счет исключения ложных срабатываний или разрушений оптических элементов, заключающийся в сохранении работоспособности устройства в широком температурном диапазоне, что приводит к повышению потребительских свойств оптической аппаратуры.