устройство для преобразования некогерентного излучения в пространственно-когерентное излучение
Классы МПК: | H01S3/08 конструкция или форма оптических резонаторов или их элементов G02B6/42 соединение световодов с оптоэлектронными элементами |
Автор(ы): | Пенкин С.П., Пенкин И.С., Чолах С.О. |
Патентообладатель(и): | Пенкин Станислав Петрович, Пенкин Игорь Станиславович, Чолах Сеиф Османович |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-06-27 публикация патента:
20.01.2002 |
Изобретение относится к устройствам для преобразования световой энергии и используется в оптике, приборостроении, медицине. Устройство включает источник некогерентного излучения с фокусирующей системой и соединенные в каскады волоконные разветвители с одним световодом на выходе. Волокна имеют конусообразную форму и плотно прилегают друг к другу в каждом разветвителе, их выходные торцы соединены между собой. Разветвители в каскаде соединены параллельно, а каскады последовательно так, что число волокон на входе каждого каскада равно Nn= mn, где N - число волокон на входе каждого каскада, n - номер каскада (n
5), m - число волокон в разветвителе (m
6). Устройство может быть размещено в герметичном корпусе и снабжено средством для отвода тепла. Обеспечено повышение мощности излучения. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
![устройство для преобразования некогерентного излучения в пространственно-когерентное излучение, патент № 2178610](/images/patents/291/2178032/8773.gif)
![устройство для преобразования некогерентного излучения в пространственно-когерентное излучение, патент № 2178610](/images/patents/291/2178032/8773.gif)
Формула изобретения
1. Устройство для преобразования некогерентного излучения в пространственно-когерентное, включающее источник некогерентного излучения с фокусирующей системой и соединенные в каскады волоконные разветвители с одним световодом на выходе, отличающееся тем, что волокна имеют конусообразную форму и плотно прилегают друг к другу в каждом разветвителе, их выходные торцы соединены между собой, разветвители в каскаде соединены параллельно, а каскады - последовательно так, что число волокон на входе каждого каскада равно: Nn= mn, где N - число волокон на входе каждого каскада, n - номер каскада (n![устройство для преобразования некогерентного излучения в пространственно-когерентное излучение, патент № 2178610](/images/patents/291/2178032/8773.gif)
![устройство для преобразования некогерентного излучения в пространственно-когерентное излучение, патент № 2178610](/images/patents/291/2178032/8773.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к устройствам для преобразования световой энергии и может найти применение в оптике, машиностроении, приборостроении, химической промышленности, медицине. Известны устройства для преобразования некогерентного оптического излучения в когерентное - лазеры, с различными рабочими средами: твердотельные, газовые, жидкостные, например рубиновые, неодимовые, источниками "накачки" которых служит некогерентное излучение газоразрядных ламп, светодиодов и т. д. [1] . В лазерах с помощью оптического резонатора и физических законов индуцированного излучения происходит преобразование некогерентного излучения источника "накачки" в пространственно-когерентное оптическое излучение. Однако к. п. д. этих лазеров мал и, как правило, составляет около 1%, например, у рубинового лазера. Кроме того, лазеры в силу своей сложной конструкции требуют больших капитальных и эксплуатационных затрат. Известно также устройство, применяемое в спектроскопии, так называемый точечный источник света [2] , с помощью которого некогерентное излучение преобразуется в пространственно-когерентное. При этом размер d диафрагмы, расстояние L от нее до освещенного предмета, длина![устройство для преобразования некогерентного излучения в пространственно-когерентное излучение, патент № 2178610](/images/patents/291/2178023/955.gif)
![устройство для преобразования некогерентного излучения в пространственно-когерентное излучение, патент № 2178610](/images/patents/291/2178032/8773.gif)
![устройство для преобразования некогерентного излучения в пространственно-когерентное излучение, патент № 2178610](/images/patents/291/2178023/955.gif)
Как показывает практика, размер диафрагмирующего отверстия составляет порядка 0,01-0,06 мм, а размер святящегося тела, фокусируемого на плоскости, с диафрагмой - 10-20 мм. В результате при диафрагмировании мощность когерентного излучения уменьшается до уровня 10-5 - 10-6 мощности первоначального некогерентного источника излучения. Известно также конусообразное оптическое волокно - фокон [3] . При использовании фокона в качестве точечного источника света потери излучения при прохождении света через него будут значительно меньше, чем в обычном точечном источнике, так как площадь входного торца фокона значительно превышает площадь выходного торца. Некогерентное излучение, поступающее на поверхность входного торца фокона под углом меньше угла, критического для данного типа волокна (например, для многомодового - 12o8", для градиентного - 24o40"), генерирует оптические волны в волокне и, многократно отражаясь от его боковых стенок, выходит на противоположный торец, радиус которого не превышает значения 0,05 мм, что соответствует области пространственной когерентности точечного источника. При этом в процессе отражения от боковой поверхности волокна происходит частичное проникновение луча в оболочку фокона с меньшим показателем преломления, скорость его меняется, происходит как бы проскальзывание (эффект Гооса-Генхена) и тем самым выравнивание волнового фронта, который, поступая на фокальную плоскость линзы, создает когерентное излучение. Однако площадь входного торца фокона мала и в результате мощность излучения на его выходе будет незначительна. Для того чтобы увеличить эту площадь при сохранении требуемого угла конусности фокона, необходимо увеличить длину фокона. Так, при существующих источниках некогерентного излучения диаметром 10-20 мм требуется площадь входного торца фокона с таким же диаметром. В этом случае длина фокона составила порядка семи метров. Устройство было бы громоздким и не обеспечивало бы большой мощности когерентного излучения. Наиболее близкой к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является лазерная система для преобразования некогерентного излучения в пространственное когерентное [4] , включающая совокупность отдельных лазеров, соединенных между собой с помощью волноводных одномодовых Y-разветвителей, пространственно разнесенных. Для их объединения используется попарно-каскадное соединение разветвителей так, что на выходе системы имеется только один световод. Система способствует повышению надежности в работе и достижению компактности при высокой мощности выходного излучения. В этом устройстве посредством каскадного соединения одномодовых разветвителей и лазеров достигается преобразование некогерентного излучения, служащего для "накачки" отдельных активных элементов, встроенных в разветвители в пространственно-когерентное. Однако получение когерентного излучения в ней осуществляют за счет устройств, обладающих низким к. п. д. (лазеров), большой сложностью и требующих, как говорилось выше, больших капитальных и эксплуатационных затрат. В основу изобретения положена задача создания устройства для преобразования некогерентного излучения в пространственно-когерентное путем использования совокупности фоконов в качестве преобразователя излучения за счет увеличения входной площади при повышении мощности излучения и снижении затрат. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для преобразования некогерентного излучения в пространственно-когерентное, включающем источник некогерентного излучения с фокусирующей системой и соединенные в каскады волоконные разветвители с одним световодом на выходе, волокна имеют конусообразную форму, плотно прилегают друг к другу в каждом разветвителе, их выходные концы соединены между собой, и разветвители в каскаде соединены параллельно, а каскады - последовательно так, что число волокон на выходе каждого каскада равно
Nn = mn,
где N - число волокон на входе каждого каскада;
n - номер каскада (n
![устройство для преобразования некогерентного излучения в пространственно-когерентное излучение, патент № 2178610](/images/patents/291/2178032/8773.gif)
m - число волокон в разветвителе (m
![устройство для преобразования некогерентного излучения в пространственно-когерентное излучение, патент № 2178610](/images/patents/291/2178032/8773.gif)
1. К. И. Крылов и др. Основы лазерной техники. - Л. : Машиностроение, 1990 г. с. 144-15 6. 2. М. Борн. , Э. Вольф. Основы оптики. Наука. Главная редакция физико-математической литературы. - М. : 1973 г. 3. А. Снайдер и Д. Лав. Теория оптических волноводов. - М. : Радио и связь, 1987, с. 79. 4. Н. М. Лындин, В. А. Сигугов и др. Лазерная система из нескольких активных элементов, объединенных одномодовыми разветвителями. Квантовая электроника 21, N 12 (1994) с. 1141-1144.
Класс H01S3/08 конструкция или форма оптических резонаторов или их элементов
Класс G02B6/42 соединение световодов с оптоэлектронными элементами