УСТРОЙСТВО ВВОДА ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ТОРЕЦ ОПТИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА

Изобретение относится к лазерной технике и предназначено для использования в приборостроении, оптической связи.

Известен узел сопряжения оптоэлектронного элемента с волоконным световодом (патент SU на изобретение №1514127, опубликовано 10.10.1996 г., МПК: G02B 6/42), содержащий лазерный диод, световод, фотоприемник и прецизионный манипулятор, с помощью которого осуществляется юстировка положения торца световода относительно лазерного диода по максимуму мощности излучения, введенного в световод, при этом ее контроль осуществляют при помощи фотоприемника, установленного на противоположном конце световода. Недостатком данного устройства является невозможность контроля положения светового пятна, формируемого лазерным диодом на торце световода.

Известно устройство для ввода лазерного излучения в световод и способ юстировки и контроля положения входного торца волоконного световода (патент RU №2004005, опубликовано 30.11.1993 г., МПК: G02B 6/42), содержащее делитель луча, линзовое фокусирующее устройство, юстировочное средство для перемещения входного торца световода, экран и линзовое устройство отображения. Делитель луча установлен с возможностью его введения и выведения с оси световода. Линзовое устройство отображения установлено на расстоянии до экрана, обеспечивающем резкое изображение входного торца световода на экране при установке входного торца световода на расстоянии до линзового фокусирующего устройства, обеспечивающем диаметр лазерного излучения на торце световода меньше диаметра сердечника световода, но больше диаметра лазерного излучения в плоскости перетяжки. При этом на экране наблюдают два изображения входного торца световода, юстировку входного торца осуществляют до получения двух резких концентрических изображений, первое из которых формируется отраженным от входного торца лазерным излучением, а второе - большего радиуса и меньшей яркости - формируется отраженным от выходного торца лазерным излучением.

Недостатком данного способа является то, что в оптическое волокно нельзя ввести излучение нескольких источников, контролируя при этом расположение их изображений в плоскости торца оптического волокна.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому техническому решению является устройство ввода лазерного излучения в оптическое волокно (световод) и способ юстировки входного торца оптического волокна (патент RU на изобретение №2252439, опубликовано 20.05.2005 г., MПK: G02B 6/00). Устройство содержит поворотное зеркало, фокусирующую линзу, фиксирующее устройство, юстировочное средство и узел наблюдения (окуляр с перекрестием). Способ состоит в том, что в плоскости входного торца оптического волокна устанавливают мишень и сфокусированным лазерным излучением выполняют на мишени видимую отметку, устанавливают узел наблюдения и с помощью котировочного средства узла наблюдения перекрестье окуляра совмещают с центром отметки на мишени, затем устанавливают оптическое волокно и с помощью юстировочного средства фокусирующего устройства, наблюдая через окуляр, центр входного торца оптического волокна совмещают с перекрестьем окуляра.

Недостатком этого способа является то, что в оптическое волокно нельзя ввести излучение нескольких источников, контролируя при этом расположение их изображений в плоскости торца оптического волокна, при этом в процессе юстировки разрушается мишень, следовательно, ее нельзя использовать повторно.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является осуществление возможности ввода в торец оптического элемента лазерного излучения от нескольких источников излучения, с возможностью контроля расположения их изображений в плоскости торца оптического элемента, и многократного использования мишени.

Технический результат достигается тем, что устройство ввода лазерного излучения в торец оптического элемента содержит источник лазерного излучения, юстировочное средство, а также установленные по ходу луча фокусирующее устройство, оптический элемент или мишень, узел наблюдения. При этом устройство ввода лазерного излучения в торец оптического элемента содержит несколько источников лазерного излучения, каждый из которых оснащен котировочным средством. Причем узел наблюдения выполнен в виде объектива, расположенного на расстоянии от мишени, большем, чем фокусное расстояние, но меньшем, чем двойное фокусное расстояние объектива. Устройство также включает экран, расположенный на расстоянии от объектива, соответствующем плоскости резкого изображения мишени, формируемого объективом. При этом мишень выполнена неразрушающейся, с возможностью многократного использования, в виде перекрестия двух стойких к лазерному излучению проволок, причем толщина проволок меньше минимального размера изображения лазерного пятна, а центр перекрестия совпадает с центром торца оптического элемента.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется рисунками (Фиг.1-Фиг.6).

На Фиг.1 представлено схематичное изображение устройства ввода лазерного излучения в торец оптического элемента, содержащее последовательно установленные источники лазерного излучения 1, снабженные средствами юстировки 2, фокусирующую линзу 3, оптический элемент 4 или мишень 5, узел наблюдения 6, экран 7.

Источниками лазерного излучения 1 могут быть, например, лазерные диоды.

Средства юстировки 2 источников лазерного излучения 1 обеспечивают возможность перемещения источников лазерного излучения 1 в вертикальной (перпендикулярной к плоскости рисунка) и горизонтальной плоскостях.

Фокусирующее устройство 3 выполнено в виде линзы, которая формирует изображения источников лазерного излучения 1 в плоскости торца оптического элемента 4. Оптическим элементом 4 может являться активный элемент твердотельного лазера или световод.

Причем на момент осуществления юстировки источников лазерного излучения 1 вместо оптического элемента 4 в плоскости торца оптического элемента 4 устанавливают мишень 5. Мишень 5 представляет собой не разрушающееся перекрестие, выполненное из двух стойких к лазерному излучению проволок (например, вольфрамовых), что позволяет осуществлять многократное использование мишени 5. Толщина проволок выбирается меньше минимального размера изображения источников лазерного излучения 1, формируемого фокусирующим устройством (линзой) 3, чтобы не перекрывать полностью изображение источников лазерного излучения 1. Перекрестие проволок мишени 5 совпадает с центром торца оптического элемента 4.

Узел наблюдения 6 представляет собой объектив, установленный на расстоянии от мишени 5, равном а, при этом 2f>a>f, где f - фокусное расстояние объектива, то есть расстояние от объектива 6 до мишени 5 должно быть больше фокусного расстояния объектива, но меньше удвоенного фокусного расстояния объектива.

Экран 7 установлен на расстоянии b от объектива, в плоскости резкого изображения мишени 5, формируемого узлом наблюдения (объективом) 6. При этом расстояние b определяется по следующей формуле:

b=af/(a-f), где

a - расстояние между мишенью и объективом,

f - фокусное расстояние объектива.

Экран 7 имеет матовую поверхность, в случае, если лазерное излучение лежит в видимом диапазоне, или визуализатор на основе люминофора, если лазерное излучение не лежит в видимом диапазоне.

Также вместо экрана возможно использование прибора с зарядовой связью (ПЗС) - матрицы, с соответствующим интерфейсом, в этом случае изображение источников 1 лазерного излучения наблюдают на мониторе компьютера.

Устройство ввода лазерного излучения в торец оптического элемента работает следующим образом. На время юстировки оптический элемент 4 заменяется мишенью 5, которая устанавливается в плоскости того торца оптического элемента 4, в который необходимо вводить излучение. Лазерное излучение источников 1 фокусируется линзой 3. Таким образом, в плоскости торца оптического элемента 4 формируются действительные изображения 8 источников лазерного излучения 1 (Фиг.2). Далее изображения 8 источников лазерного излучения 1, а также изображение 9 проволочного перекрестия мишени 5 проецируются объективом 6 на экран 7 (Фиг.3). Таким образом, на экране 7 формируются увеличенные изображения источников лазерного излучения 8 и перекрестия 9 мишени 5, позволяющие наблюдать положение изображений источников лазерного излучения в плоскости оптического элемента 4 относительно ее центра, которому соответствует изображение перекрестия 9 мишени 5. Далее осуществляется юстировка положения изображений 8 источников лазерного излучения 1 с помощью котировочных средств 2 источников лазерного излучения 1, которая заключается, как правило, в сведении изображений 8 источников лазерного излучения 1 в центральную область экрана 7 (Фиг.3). После юстировки мишень 5 заменяется оптическим элементом 4.

Узел наблюдения 6 позволяет наблюдать на экране 7 сформированное объективом увеличенное изображение 8 источников лазерного излучения 1 и изображение перекрестия 9 мишени 5, подсвеченное источниками лазерного излучения 1, при этом юстировку положений изображений 8 источников лазерного излучения 1 осуществляют с помощью юстировочных средств 2 источников лазерного излучения 1, ориентируясь на изображение перекрестия 9 мишени 5.

Примером использования устройства ввода лазерного излучения в торец оптического элемента может служить система накачки твердотельного лазера. При торцевой накачке пятно накачки является селектором поперечных мод резонатора, поэтому, если ставится задача получения высокоэффективной генерации на основной поперечной моде ТЕМ₀₀, то при осуществлении юстировки необходимо с высокой точностью совмещать изображения лазерных диодов в пределах основной моды резонатора. Таким образом, при юстировке необходимо контролировать положения изображения лазерных диодов в плоскости торца активного элемента (плоскости накачки). На Фиг.4 показан один из возможных вариантов реализации системы продольной накачки твердотельного лазера с использованием сложения излучения трех лазерных диодов. Излучение трех лазерных диодов 1 собирается на фокусирующую линзу 3 с помощью призмы определенной конструкции 10, короткие грани которой выполнены зеркально отражающими. При этом оптические пути от всех трех лазерных диодов 1 до фокусирующей линзы 3 одинаковы и равны, как правило, двойному фокусному расстоянию фокусирующей линзы 3. Фокусирующая линза 3 строит изображения лазерных диодов 1 на торце активного элемента 4 с единичным увеличением. Резонатор лазера образован торцом активного элемента 4, на который нанесено интерференционное зеркало, прозрачное к излучению накачки и глухое к лазерному излучению, и выходным зеркалом 11. На Фиг.5 показаны изображения 8 лазерных диодов в плоскости накачки до юстировки, на Фиг.6 показаны правильно съюстированные изображения 8 лазерных диодов, когда все три изображения укладываются в ТЕМ₀₀ моду резонатора. Поскольку активный элемент лазера прозрачен для излучения накачки, визуально наблюдать изображения лазерных диодов на его торце затруднительно, поэтому для юстировки положения изображений 8 лазерных диодов 1 используют предлагаемое устройство ввода лазерного излучения в торец оптического элемента. Для осуществления юстировки положения изображений 8 лазерных диодов 1 производят замену активного элемента 4 мишенью 5, расположенной в плоскости накачки, а также устанавливают объектив 6 и экран 7, что позволяет визуально наблюдать на экране 7 увеличенные изображения 8 лазерных диодов 1, формируемые фокусирующей линзой 3 в плоскости накачки. Таким образом, с помощью котировочных средств 2 лазерных диодов 1 возможно осуществить юстировку их изображений 8 в плоскости накачки, ориентируясь на изображение 9 мишени 5. После юстировки мишень 5 вновь заменяется активным элементом 4.

Таким образом, устройство ввода лазерного излучения в торец оптического элемента позволяет осуществлять ввод лазерного излучения от нескольких источников, с возможностью контроля расположения их изображений в плоскости торца оптического элемента, при этом применение неразрушающейся мишени позволяет обеспечить возможность ее многократного использования.