199981. lajstromszámú szabadalom • Optikai elrendezés pásztázó lézersugaras készülékekhez
3 HU 199981 B 4 amelyek elülső fókusza a beállítási alaphelyzetben egybeesik. A találmány egy másik célszerű megvalósítási változatánál pedig a konvergencia-divergencia beállító nyalábformáló egymáshoz képest elmozdítható gyűjtőlencsét és ezt követő szórólencsét tartalmaz, amelyeknek a hátsó fókusza esik egybe a beállítási alaphelyzetben. A találmány példakénti megvalósítását rajz alapján ismertetjük. A rajzon az 1. ábra a pásztázó lézernyaláb geometriai szerkezetét, a 2. ábra a nem párhuzamos beesőnyaláb szerkezet módosító hatását, a 3. ábra a találmány szerinti optikai elrendezést, végül a 4. és 5. ábrák a konvergencia-divergencia beállító nyalábformáló egy-egy célszerű felépítését mutatja be. Az 1. ábrán a 3. pásztázó gyűjtőlencsébe jutó D átmérőjű nyaláb a 3 pásztázó gyűjtőlencse mögött, attól f fókusztávolságban d átmérőjű fókuszált foltot alkot. A 2. ábrán a 2 nyalábeltérítóre jutó D átmérőjű nyaláb a 3 pásztázó gyűjtőlencse mögött fókuszálódik. A 3. ábrán az 1 lézer után, annak optikai tengelyében 4 konvergencia-divergencia beállító nyalábformáló, majd elforduló tükörként kialakított 2 nyalábeltéritó, ez utóbbi eltérítési, azaz reflexiós irányában pedig 3 pásztázó gyűjtőlencse van elhelyezve. A 4. ábrán egymáshoz képest relatívan elmozdítható 5 szórólencse és 6 gyűjtőlencse látható, amelyek együttesen alkotják a 4 konvergencia-divergencia beállító nyalábformálót. Az 5. ábra egymáshoz képest relatívan elmozdítható 6 gyűjtőlencsét és 5 szórólencsét ábrázol, amelyek a 4 konvergencia-divergencia beállító nyalábformáló részeit alkotják. Az 1. ábra az állandó keresztmetszetű ún. párhuzamos lézernyaláb viselkedését mutatja be a 3 pásztázó gyűjtőlencse után. Az eredeti lézernyaláb intenzitás eloszlása a nyaláb optikai tengelyétől való távolság függvényében jó közelítéssel normális, azaz Gauss típusú, így határozott, éles nyalábátmérője tulajdonképpen nincs. A nyaláb D átmérőjének ezért azon kör átmérőjét tekintik, ahol a fényintenzitás a nyaláb optikai tengelyében mérhető csúcsértékhez képest 1/e2 arányban lecsökkent. A 3 pásztázó gyűjtőlencse mögött a fókuszált lézernyaláb átmérője az f fókusztávolságig szűkül, majd ismét tágul oly módon, hogy a nyaláb az 1. ábrán látható forgási hiperboloid alakját veszi fel. E hiperboloid aszimptóta-kúpjának oC félkúpszögére a következő összefüggés érvényes: D tgcC=----2-f A fókuszsikban mérhető d foltátmérő a Helmholtz-féle hullámegyenletből levezethető. Ennek közelítő értéke: 2 X n tgoC ahol X a lézerfény hullámhosszúsága. A d foltátméröt tehát - adott X hullámhosszúság esetén - az oC félkúpszög határozza meg. A 2. ábrán látható, hogy ha a D átmérőjű nyalábot a 3 pásztázó gyűjtőlencse elülső fókuszában elhelyezett 2 nyalábeltéritővel pl. felfelé eltérítjük, akkor a 3 pásztázó gyűjtőlencse mögötti fókuszált nyaláb is felfelé, önmagával párhuzamosan eltolódik úgy, hogy optikai tengelyének iránya változatlan marad, sőt a gyakorlatban előforduló nyalábeltéritési szögeknél a 3 pásztázó gyűjtőlencse mögötti nyaláb aszimptotikus oC félkúpszöge és ezzel d foltátmérője is jó közelítéssel változatlan marad. Ha a 2 nyalábeltérítóre vetített nyaláb nem párhuzamos, hanem pl. a 2. ábrán szaggatott vonallal jelölt módon tágul, de úgy, hogy közben a 2 nyalábeltéritőnél a nyaláb változatlanul D átmérőjű, úgy a 3 pásztázó gyűjtőlencse mögötti nyaláb fókuszált foltjának helyzete is eltolódik, mégpedig a 3 pásztázó gyűjtőlencsétől távolabb kerül. Szűkülő nyaláb esetén a hatás az előzővel ellentétes, vagyis a fókuszálás helye a 3 pásztázó gyűjtőlencséhez közelebb kerül. Mindkét esetben azonban a fókuszált nyaláb aszimptotikus cC félkúpszöge, s ezzel a d foltátmérő is változatlan marad! Ezen állítás elméleti igazolása a monokromatikus lézernyaláb hullámoptikai egyenlete, valamint a lencseleképezések ismert törvényei alapján tisztán matematikai úton levezethető. Méréstechnikai kísérleteink is ezt az eredményt egyértelműen igazolták. A 3. ábra mutatja be a találmányunkban alkalmazott optikai elrendezést. Az 1 lézer párhuzamos fénye a 4 konvergencia-divergencia beállító nyalábformálóba kerül, amely beállítási alaphelyzetében ugyancsak párhuzamos, D átmérőjű nyalábot bocsát a 2 nyalábeltérítőre, amely utóbbi ezt a 3 pásztázó gyűjtőlencsére vetíti. A 4 konvergencia-divergencia beállító nyalábformáló elállításával a belőle kilépő nyaláb tetszés szerinti tágulóvá, azaz divergenssé, vagy szűkülővé, azaz konvergenssé tehető úgy, hogy a kilépő nyaláb átmérője a 2 nyalábeltéritőnél továbbra is állandó D átmérőjű marad. Ez tehát azt jelenti, hogy pl. divergens nyaláb beálHtása esetén a 4 konvergencia-divergencia beállító nyalábformálóból kilépő nyaláb átmérője kisebb, mint a D átmérő, mégpedig oly mértékben kisebb, hogy az a 2 nyalábeltéritóig tartó távolságú tágulás után éppen D átmérőre növekedjék. Konvergens nyaláb beállítása esetén a helyzet fordított, vagyis ilyenkor az induló nyaláb átmérője a D átmérőnél nagyobb. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
