3. Керування просторовими характеристиками світлового променя

Під просторовими характеристиками розуміють кут розход­ження променя (плоский чи просторовий), його розміщення у просторі або в заданому каналі, форма поперечного перетину та її розміри.

Як відомо, розходження променя визначається розміром ви­промінювальної апертури, а дифракційна межа становить

де D — діаметр апертури. У випадку лазерного випромінювання з малим розходженням під D можна розуміти діаметр променя на виході з резонатора.

До групи пристроїв керування просторовими характеристика­ми променя як цілого належать дефлектори, коліматори, фокуса- тори та коректори.

Пристрій для зміни положення світлового променя в просторі (сканування) називається дефлектором.

Дефлектори бувають аналоговими (з безперервним скануван­ням) і цифровими (з дискретними положеннями променя в прос­торі).

Параметри дефлекторів:

• роздільна здатність — кількість променів лазера, що вклада­ються в секторі сканування;

• швидкодія — час, за який промінь проходить сектор скану­вання;

• ефективність відхилення — відношення вихідної інтенсив­ності до вхідної.

Сканування може бути механічним (за допомогою поворотних дзеркал, призм, дзеркальних барабанів), недоліком якого є низька швидкодія, і немеханічним — з використанням електрооптичного, акустооптичного, магнітооптичного та інших ефектів. Варіантом дискретного дефлектора можна вважати комутатор.

Для зменшення або збільшення діаметра променя (розходжен­ня) використовуються лінзові системи, називані коліматорами. За допомогою лінз можна здійснити як перетворення розбіжного пучка (наприклад НПЛ) на паралельний, так і змінити діаметр пучка.

У самому широкому сенсі термін «фокусатор» використовуєть­ся серед фахівців для позначення елементів комп’ютерної оптики, гцо забезпечують концентрацію світлової енергії в межах просто­рової області із заздалегідь заданою просторовою конфігурацією. Найчастіше мова йде про фокусування випромінювання в деяку фокальну криву із заданим поширенням інтенсивності на ній.

Навіщо потрібні фокусатори? Насамперед для лазерних техноло­гічних установок у промисловості й медицині. Лазер без фокусато- ра — це тільки генератор випромінювання, лазер з фокусатором — це вже компонент гнучкої виробничої системи із програмувальним режимом технологічних операцій. Але виробництво — не єдина область застосування фокусаторів випромінювання. Закон прос­торового розподілу енергії у фокальній області оптичної системи визначає режим нагрівання мішеней при лазерному керованому термодинамічному синтезі, плин хімічних реакцій, стимульова­них лазерним випромінюванням. В оптичному приладобудуванні часто потрібна складна форма фокальної кривої.

На сьогоднішній день створені фокусатори випромінювання у видимому й інфрачервоному діапазонах з регулюванням інтен­сивності уздовж фокальної лінії. Ці результати є наочною ілюст­рацією досягнень комп’ютерної оптики.

Величезні можливості відкриває комп’ютерна оптика для одер­жання оптичних елементів, що дозволяють коректувати амплі- тудно-фазовий розподіл поля у світлових пучках. Такого роду ко­ректори дозволяють сформувати хвильовий фронт заданої форми. До числа коректорів належать, зокрема, компенсатори — елемен­ти, що перетворять плоский або сферичний хвильовий фронт в асферичний довільного порядку. Основне призначення компен­саторів — контроль оптичних поверхонь. При цьому компенсатор формує еталонний хвильовий фронт для інтерферометричного дослідження оптичної поверхні, що виготовляється, або ж відіграє роль «нульової лінзи», зводячи асферичний хвильовий фронт до сферичного.

Фокусатори й коректори випромінювання найчастіше викону­ються у вигляді дифракційних зонних пластинок.