Расширитель параллельного пучка электромагнитного излучения

Изобретение относится к области оптики, в частности к устройствам для расширения (сжатия) пучка электромагнитного излучения, содержащим зеркальные поверхности.

Техническим результатом данного устройства является увеличение доли используемого потока электромагнитного излучения по отношению к потоку излучения, попадающего в апертуру устройства, а также усиление вытянутости диаграммы направленности приемного устройства и уменьшение телесного угла выходного пучка электромагнитного излучения.

Он достигается тем, что в известном устройстве использована система двух соосных и софокусных параболических отражателей, усеченных по фокальной плоскости, дополнительно содержащих систему двух круглых диафрагм, соосных с системой параболических отражателей, одна из которых, с малым круглым приосевым отверстием, располагается в плоскости усечения параболических отражателей, а вторая, сплошная, на некотором расстоянии от первой.

Полезная модель относится к области оптики, в частности к устройствам, содержащим зеркальные поверхности, для расширения (сжатия) пучка электромагнитного излучения, а также для выделения из него строго параллельного пучка.

Известен расширитель пучка (см. патент РФ №2183337, 7 G02В 6/12, 6/26, 2002 г.), который предусматривает использование множество элементарных отражателей, угол наклона которых определяется длиной волны излучения и порядком интерференционного максимума, что позволяет работать только в дискретном диапазоне длин волн.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является формирователь параллельного пучка электромагнитного излучения (см. авторское свидетельство SU №1451475 А1, 4 F24J 2/10, 2/02, 15.01.1989), используемый в концентраторе солнечного излучения и содержащий два усеченных вогнутых отражателя, выполненных в виде параболоидов вращения, имеющих общую ось вращения, при этом фокусы их совпадают. В указанном устройстве используется не весь максимально возможный поток электромагнитного излучения, попадающий в устройство, так как параболические отражатели усечены не по фокальной плоскости. Кроме того, в указанном устройстве не происходит ни выделения параллельного пучка, ни преобразования потока солнечного излучения в параллельный выходной поток, так как солнечные лучи, достигшие Земли, уже практически параллельны из-за большой удаленности Солнца. А также

не происходит отфильтровывание помех от источников электромагнитного излучения, пришедших с других направлений.

Техническая задача - создание устройства, которое позволяет расширить (сконцентрировать) и одновременно выделить строго параллельный пучок электромагнитного излучения с помощью двух соосных и софокусных параболических отражателей, усеченных по фокальной плоскости, дополнительно содержащих систему двух круглых диафрагм.

Техническим результатом данного устройства является увеличение доли используемого потока электромагнитного излучения по отношению к потоку излучения, попадающего в апертуру устройства, а также усиление вытянутости диаграммы направленности приемного устройства и уменьшение телесного угла выходного пучка электромагнитного излучения.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве использована система двух соосных и софокусных параболических отражателей, усеченных по фокальной плоскости, дополнительно содержащих систему двух круглых диафрагм, соосных с системой параболических отражателей, одна из которых, с малым круглым приосевым отверстием, располагается в плоскости усечения параболических отражателей, а вторая, сплошная, на некотором расстоянии от первой.

Предлагаемое устройство изображено на рисунке (осевое сечение). Устройство состоит из системы двух вогнутых отражателей 1 и 2, которые являются параболоидами вращения, усеченными по фокальной плоскости 3 и расположенными так, что они имеют общую ось вращения 4, а фокусы F и

плоскости их усечения 3 совпадают. Уравнения парабол, являющихся осевым сечением параболоидов 1 и 2 плоскостью чертежа, имеют вид у₁=k₁x ² и у₂=k₂х ², где k₁ и k₂ - коэффициенты парабол, причем k₁>k ₂ при расширении пучка (k₁<k ₂ при сжатии пучка). Устройство дополнительно содержит систему двух круглых диафрагм 5 и 6, соосных с системой параболических отражателей, одна из которых (5), с малым круглым приосевым отверстием, располагается в плоскости усечения 3 параболических отражателей, а вторая (6), сплошная, на некотором расстоянии от первой, например, в точке С.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Параллельный пучок электромагнитного излучения 7, распространяющийся внутри параболоида 1 вдоль его оси к вершине, испытывает отражение от внутренней поверхности, проходит через точку F, являющуюся общим фокусом и принадлежащую общей плоскости усечения параболоидов 1 и 2 и после отражения от поверхности параболоида 2 формирует параллельный расширенный (сжатый) пучок 8 электромагнитного излучения. Коэффициент расширения (сжатия) данного устройства определяется соотношением Г=d₂/d₁ =k₁/k₂, где Г - коэффициент расширения пучка, d₁ и d ₂ - расстояния одного из лучей до оси параболоидов до и после прохождения через устройство, а k₁ и k₂ - коэффициенты парабол, являющихся осевым сечением параболоидов 1 и 2 плоскостью чертежа. Внутри параболоида 1 к его вершине могут распространяться лучи 9 и 10 электромагнитного излучения непараллельные оси параболоидов 4. Луч 9 испытывает отражение от поверхности параболоида 1 и отфильтровывается диафрагмой 5, либо вообще

не попадает на нее. Луч 10, не испытавший отражения от параболоида 1 и прошедший через диафрагму 5, отфильтровывается диафрагмой 6. Размер отверстия в диафрагме 5 должен быть примерно на три порядка больше длины волны электромагнитного излучения, чтобы явление дифракции не имело значительного влияния. Диаметр диафрагмы 6, и расстояние между точками F и С легко находятся при задании конкретных значений коэффициентов парабол k ₁, k₂ и радиуса входного отверстия устройства. На чертеже представлен ход лучей 7 при формировании расширенного пучка электромагнитного излучения 8. Преимуществом предлагаемого устройства является то, что усечение параболических отражателей по фокальной плоскости позволяет наиболее полно использовать поток лучистой энергии попадающей в устройство, а наличие диафрагм позволяет использовать данное устройство как остронаправленный приемник электромагнитного излучения.

Положительным эффектом данного устройства является увеличение доли используемого потока электромагнитного излучения по отношению к потоку излучения, попадающего в апертуру устройства, выделение из него строго параллельного пучка, а, следовательно, усиление вытянутости диаграммы направленности приемного устройства и уменьшение телесного угла выходного пучка электромагнитного излучения.

Расширитель параллельного пучка электромагнитного излучения, содержащий систему двух соосных и софокусных параболических отражателей, отличающийся тем, что он дополнительно содержит систему двух круглых диафрагм, соосных с системой параболоидов, одна из которых, с малым круглым приосевым отверстием, расположена в плоскости усечения параболоидов, а вторая, сплошная, на некотором расстоянии от первой, при этом параболоиды усечены по фокальной плоскости.