[go: up one dir, main page]

SU1734064A1 - Unit to focus the microwave radiation into rectangular - Google Patents

Unit to focus the microwave radiation into rectangular Download PDF

Info

Publication number
SU1734064A1
SU1734064A1 SU894757829A SU4757829A SU1734064A1 SU 1734064 A1 SU1734064 A1 SU 1734064A1 SU 894757829 A SU894757829 A SU 894757829A SU 4757829 A SU4757829 A SU 4757829A SU 1734064 A1 SU1734064 A1 SU 1734064A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
mirror
axis
plane
radiation
focal plane
Prior art date
Application number
SU894757829A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Евгеньевич Патон
Андрей Васильевич Детков
Владик Ефимович Скляревич
Петр Алексеевич Сыровец
Татьяна Даниловна Деткова
Original Assignee
Институт Электросварки Им.Е.О.Патона
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт Электросварки Им.Е.О.Патона filed Critical Институт Электросварки Им.Е.О.Патона
Priority to SU894757829A priority Critical patent/SU1734064A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1734064A1 publication Critical patent/SU1734064A1/en

Links

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к квазиоптическим системам и может быть использовано в установках дл  обработки материалов сфокусированным излучением. Цель изобретени  - обеспечение равномерности распределени  интенсивности в пр моугольном сечении пучка в фокальной плоскости - достигаетс  фокусировкой гауссового пучка от источника излучени  с помощью зеркала, форма которого определ етс  из системы уравнений. 3 ил.The invention relates to quasi-optical systems and can be used in plants for processing materials with focused radiation. The purpose of the invention is to ensure uniform distribution of the intensity in a rectangular beam section in the focal plane is achieved by focusing the Gaussian beam from the radiation source using a mirror, the shape of which is determined from a system of equations. 3 il.

Description

Изобретение относитс  к созданию элементов квазиоптических систем, служащих дл  преобразовани  волновых фронтов СВЧ-излучени  и может быть использовано, в частности в установках, используемых дл  обработки материалов пучком эффективно сфокусированного излучени .The invention relates to the creation of elements of quasi-optical systems that serve to convert the wave fronts of microwave radiation and can be used, in particular, in installations used to process materials with an efficiently focused radiation beam.

Цель изобретени  - фокусировка СВЧ- излучени  в пр моугольник с равномерным распределением интенсивности в пр моугольном сечении пучка в фокальной плоскости .The purpose of the invention is to focus microwave radiation into a rectangle with a uniform intensity distribution in a rectangular beam section in the focal plane.

Дл  этого в устройстве дл  фокусировки , выполненном в виде отражающего элемента , отражающий элемент выполнен в виде зеркала, форма поверхности которого определ етс  системой двух уравнений /а а(у), (х,у),For this purpose, in the device for focusing, made in the form of a reflecting element, the reflecting element is made in the form of a mirror, the shape of the surface of which is determined by the system of two equations / a a (y), (x, y),

гдех, у- координаты точки в пр моугольной системе координат с началом в центре зеркала , осью ОХ параллельной фокальной плоскости , и осью OY перпендикул рной падающему на зеркало пучку; а (у) - уголwhere y, y are the coordinates of a point in the rectangular coordinate system with the origin at the center of the mirror, the axis OX of the parallel focal plane, and the axis OY perpendicular to the beam incident on the mirror; and (y) - angle

ipe,ipe,

Iе 1/SIe 1 / S

наклона касательной и кривой, образованной сечением плоскостью, перпендикул рной оси ОХ зеркала в точке с координатой у определ емой из соотношени the slope of the tangent and the curve formed by the section of the plane, perpendicular to the axis OX of the mirror at the point with the coordinate y determined from the ratio

co5 2(|-2oc(Cit1(уco5 2 (| -2oc (Cit1 (y

w-ё(w-y (

19(|-2( ( Д}19 (| -2 ((D}

р (у) - угол падени  пучка на зеркало в плоскости OXZ,p (y) is the angle of incidence of the beam on the mirror in the OXZ plane,

p(y) arctg(-j);p (y) arctg (-j);

г - координата по оси OZ, совпадающей с направлением пучка; R (z) - радиус кривизны волнового фронта волны,g is the coordinate along the axis OZ, which coincides with the direction of the beam; R (z) is the radius of curvature of the wave front of the wave,

СОWITH

СWITH

х|x |

GO 4GO 4

ОABOUT

ON 4ON 4

+ (тг)2-W (z) W0 /1 Y-A| 2 W0 - W(o): + (n) 2-W (z) W0 / 1 Y-A | 2 W0 - W (o):

7TW0 /  7TW0 /

Я-длина волны излучател ; S - рассто ние от начала координат до фокальной плоскости;I is the wavelength of the radiator; S is the distance from the origin to the focal plane;

I (У)-I (о, у, d),I (V) -I (o, y, d),

I (x, у, z) - функци  интенсивности гаус- сового пучка, определ ема  выражениемI (x, y, z) is a function of the intensity of the Gaussian beam, which is defined by the expression

I (х, у, z) 10 ехр (+ У2I (x, y, z) 10 exp (+ U2

), 10 const;), 10 const;

W(Z-)exPW (Z-) exP

tfr2tfr2

ВДVD

W(zXW (zX

d - рассто ние от источника излучени  до начала координат.d is the distance from the radiation source to the origin of coordinates.

J5tW(z)J5tW (z)

1 2а 1 2a

2а, 2Ь - размеры пр моугольного сечени  пучка в фокальной плоскости;2a, 2b are the dimensions of the rectangular section of the beam in the focal plane;

Р (х, у) - угол наклона касательной к кривой, образованной сечением поверхности зеркала плоскостью, перпендикул рной оси OY, определ емый из соотношени P (x, y) is the angle of inclination of the tangent to the curve formed by the section of the surface of the mirror by a plane, perpendicular to the axis OY, determined from the relation

/(x,y) arctg / (x, y) arctg

х/ (1-)d +(x);x / (1-) d + (x);

f (x) - угол падени  пучка на зеркало в плоскости OXZ,f (x) is the angle of incidence of the beam on the mirror in the OXZ plane,

| ©-(. о, d),| © - (. O, d),

г J7TW(Z)Mr. J7TW (Z)

u- 2b .u- 2b.

На фиг.1 схематически изображено предлагаемое устройство, работающее на отражение.In Fig.1 schematically shows the proposed device, working on the reflection.

Зеркало 1 находитс  на рассто нии d от источника 2 и формирует в фокальной плоскости , расположенной на рассто нии S от центра зеркала и перпендикул рной направлению распространени  отраженного излучени , участок 3 равномерного распре- делени  интенсивности в виде пр моугольника со сторонами 2а и 2Ь.Mirror 1 is located at a distance d from the source 2 and forms in the focal plane located at a distance S from the center of the mirror and perpendicular to the direction of propagation of the reflected radiation, section 3 of uniform intensity distribution in the form of a rectangle with sides 2a and 2b.

Дл  гауссова пучка волнова  функци  на произвольном рассто нии может быть записана в виде (3)For a Gaussian beam, the wave function at an arbitrary distance can be written in the form (3)

Wo (j(х,ij,z) (| П-Т777Г ехр - | kz Wo (j (x, ij, z) (| П-Т777Г exp - | kz

-AZ-Az

I r 2I r 2

e pl-fe)e pl-fe)

1one

2 2 2 2

где г v х + у - рассто ние от центра пучка до точки (х, у);where r v x + y is the distance from the center of the beam to the point (x, y);

К - проекци  волнового вектора на ось oz;K - projection of the wave vector on the axis oz;

(° °- о) const.(° ° - o) const.

Так как в формуле (1) первый экспоненциальный множитель характеризует фазу плоской волны и кривизну волнового фрон- та, второй - распределение интенсивности в поперечном сечении пучка, то функци  интенсивности гауссового пучка в любой плоскости, перпендикул рной направлению распространени , может быть представлена в видеSince, in formula (1), the first exponential factor characterizes the plane wave phase and the wave front curvature, the second the intensity distribution in the beam cross section, the intensity function of the Gaussian beam in any plane perpendicular to the direction of propagation can be represented as

I (х, у, z) 10 ехр (- у ). w (ОI (x, y, z) 10 exp (- y). w (o

(2)(2)

гдеWhere

lo const.lo const.

Рассмотрим отражение в плоскости X 0. Дл  получени  равной интенсивности отраженного пучка достаточным  вл етс  условиеConsider the reflection in the X 0 plane. To obtain an equal intensity of the reflected beam, the condition

I (vlI (vl

Ci const,  Ci const

(3)(3)

dy где I (у) I (о, у, d),dy where I (y) I (o, y, d),

dU - ширина волнового фронта, в фокальной плоскости, отраженного от участка поверхности зеркала, проекци  которого на ось OY равна dy.dU is the width of the wave front, in the focal plane, reflected from the surface of the mirror, the projection of which on the OY axis is equal to dy.

Чтобы вс  мощность равномерно фокусировалась в пределах геометрических размеров одной из сторон пр моугольника, равной 2а, необходимо, чтобыIn order for the power to be uniformly focused within the geometrical dimensions of one of the sides of the rectangle, equal to 2a, it is necessary that

С,(-). «,WITH,(-). “,

аоw(z)aw (z)

Значение d U/dye формуле (3) определ етс  из геометрических соображений (см.фиг.2) какThe value of d U / dye formula (3) is determined from geometric considerations (see Fig.2) as

tga(y) + (S + y)x х tgg-2a(y) + p(y)).  tga (y) + (S + y) x x tgg-2a (y) + p (y)).

(5)(five)

55 30 35 4055 30 35 40

d Ud u

4545

5050

Подставл   выражение (5) дл в усd уSubstituted the expression (5) dl in usd y

ловие (1), получим(1), we get

-Vlybigd-eec t y - Ц- --Vlybigd-eec t y - C- -

С052(( C052 ((

Или дл  cr iyjOr for cr iyj

сов2(|-2об(+сг(у)ow2 (| -2ob (+ cr (y)

((y)ai ((4cf (. ((t}((y) ai ((4cf (. ((t}

Это обыкновенное дифференциальное уравнение решаетс  методом Эйлера с начальным условиемThis ordinary differential equation is solved by the Euler method with the initial condition

«(O)f(7)"(O) f (7)

Теперь рассмотрим отображение в плоскости Y 0. Аналогично рассужда  можно записатьNow consider the mapping in the plane Y 0. Similarly, the reasoning can be written

1-(S + y)tg(2/(x,y)-p(x)j,(8)1- (S + y) tg (2 / (x, y) -p (x) j, (8)

где dV - ширина волнового фронта, в фокальной плоскости, отраженного от участкаwhere dV is the width of the wave front, in the focal plane, reflected from the area

элемента, проекци  которого на ось ОХ равна dx.element, the projection of which on the axis OX is equal to dx.

Учитыва  это условие, а также условие равной интенсивности по координате х, аналогичное условию (3), получим l(x)Taking into account this condition, as well as the condition of equal intensity along the x coordinate, similar to condition (3), we obtain l (x)

1(s+y)Tx-tg(2/(x y)(x)1 (s + y) Tx-tg (2 / (x y) (x)

С2. C2.

Очевидно также, что c.J5rW(z)It is also obvious that c.J5rW (z)

L22b .L22b.

(9(9

(10(ten

Из соотношени  (9) находим выражение дл  определени /(х, у)From the relation (9) we find the expression for determining / (x, y)

Ј(x,y) |arctg Ј (x, y) | arctg

х/ ()(x); (11)x / () (x); (eleven)

Параметры ft (х, у) и а (у) полностью определ ют кривизну поверхности отражающего элемента.The parameters ft (x, y) and a (y) completely determine the curvature of the surface of the reflecting element.

На фиг.1 - изображено предлагаемое устройство, работающее на отражение; на фиг.2 - схема преобразовани  пучка поверхностью зеркала; на фиг.З - схематическое представление предложенного устройства.Figure 1 - shows the proposed device, working on the reflection; Fig. 2 is a diagram of a beam transformation by the surface of a mirror; FIG. 3 is a schematic representation of the proposed device.

Предложенное устройство представл ет собой отражающий элемент, выполненный в виде зеркала 1, расположенного .на рассто нии (S) до фокальной плоскости (поверхности объекта), перпендикул рной к направлению распространени  отраженного излучени , с пр моугольником 3, на который производитс  фокусировка.The proposed device is a reflecting element made in the form of a mirror 1 located at a distance (S) to the focal plane (object surface), perpendicular to the direction of propagation of reflected radiation, with rectangle 3 on which focusing is performed.

Отражающий элемент предлагаемой формы, решающий задачу фокусировки СВЧ-излучени  в пр моугольник, может быть изготовлен различными существующими в насто щее врем  технологическими методами (например, механическими, ионного травлени , методами создани  намив- ного ). При изготовлении этих отражающих элементов необходимо обеспечить достаточно высокую точность, что требует применени  современной техники, особенно при механическом изготовлении.The reflecting element of the proposed form, which solves the problem of focusing microwave radiation into a rectangle, can be produced by various currently existing technological methods (for example, mechanical, ion etching, methods of creating self). In the manufacture of these reflecting elements, it is necessary to ensure a sufficiently high accuracy, which requires the use of modern technology, especially in mechanical manufacturing.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device works as follows.

Отражающий элемент преобразует пучок падающего на него излучени  в отраженный , обеспечивающий требуемый процесс фокусировки в фокальной плоскости .The reflecting element converts the beam of radiation incident on it into reflected radiation, providing the required focusing process in the focal plane.

В качестве примера устройства дл  фокусировки СВЧ-излучени  в пр моугольник была рассчитана форма поверхности зеркала дл  обработки поверхности защитныхAs an example of a device for focusing microwave radiation into a rectangle, the shape of the surface of a mirror for processing surface protective

пленок гиротронным излучением миллиметрового диапазона.films gyrotron radiation millimeter range.

Claims (1)

Формула изобретени  Устройство дл  фокусировки СВЧ-излу5 чени  в пр моугольник, содержащее отражающий элемент и источник излучени , о т- личающеес  тем, что, с целью обеспечени  равномерности распределени  интенсивности в пр моугольном сеченииApparatus of the Invention A device for focusing microwave radiation into a rectangle containing a reflecting element and a source of radiation, which, in order to ensure uniform distribution of intensity in a rectangular section 10 пучка в фокальной плоскости, отражающий элемент выполнен в виде зеркала с формой поверхности определ емой системой уравнений /а а(у),10 beam in the focal plane, the reflecting element is made in the form of a mirror with the shape of the surface defined by the system of equations / а а (у), 15 (х,у),15 (x, y), гдех, у- координаты точки в пр моугольной системе координат с началом в центре зеркала , осью ОХ параллельной фокальной плоскости , и осью OY перпендикул рнойwhere y, y are the coordinates of a point in the rectangular coordinate system with the origin at the center of the mirror, the axis OX of the parallel focal plane, and the axis OY perpendicular 20 падающему на зеркало пучку, а (у) - угол наклона касательной к кривой, образованной сечением плоскостью перпендикул рной оси ОХ зеркала в точке с координатой у, определ емой из соотношени 20 to the beam incident on the mirror, and (y) is the angle of inclination of the tangent to the curve formed by the section of the plane perpendicular to the axis OX of the mirror at the point y coordinate determined from the relation 2525 cos(|-2oc(W)rЩcos (| -2oc (W) (- V(- v 3( + Н()4ч), (3 (+ N () 4h), ( Р (у) Угол падени  пучка на зеркало в плоскости OYZ,P (y) Angle of beam incidence on a mirror in the OYZ plane, тс;vts; v (y) arctg(F);(y) arctg (f); 2 - координата по оси OZ, совпадающей с направлением пучка,2 - coordinate along the axis OZ, coinciding with the direction of the beam, R (z) - радиус кривизны фронта волны,R (z) is the radius of curvature of the wave front, 40 R(2, Z(1+()h 40 R (2, Z (1 + () h W (z) W0 /1 +/-iЈ- W(o);W (z) W0 / 1 +/- iЈ- W (o); Л Л/о / L l / o / Я-длина волны, излучени , S - рассто- 45  ние от начала координат до фокальной плоскости;I is the wavelength, radiation, S is the distance from the origin to the focal plane; I (у) (о, у, d),I (y) (o, y, d), где I (х, у, z) - функци  интенсивности гауссова пучка, определ ема  выражением 502 , 2where I (x, y, z) is a function of the intensity of the Gaussian beam, defined by the expression 502, 2 I (х, у, z) 10 ехр (- Ц-У-), I0 const; (z)I (х, у, z) 10 exp (- Ц-У-), I0 const; (z) d - рассто ние от источника излучени  до начала координат; 55fl j5rW(z)d is the distance from the radiation source to the origin; 55fl j5rW (z) U 2 а U 2 and 2а, 2Ь - размеры пр моугольного сечени  пучка в фокальной плоскости;2a, 2b are the dimensions of the rectangular section of the beam in the focal plane; Р (х, у) - угол наклона касательной к кривой, образованной сечением поверхности зеркала плоскостью перпендикул рной(x) Угол падени  пучка на зеркало вP (x, y) is the angle of inclination of the tangent to the curve formed by the section of the surface of the mirror by the plane perpendicular (x) The angle of incidence of the beam on the mirror in плоскости OXZOXZ plane оси OY, определ емой из соотношени  (x,y) |arctg OY axis, determined from the relation (x, y) | arctg I (1-Hi))df + -lp(x);I (1-Hi)) df + -lp (x); I © I (Ј o, d), vЈfW(z) 2b I © I (Ј o, d), vЈfW (z) 2b C2C2 I © I (Ј o, d), vЈfW(z) 2b I © I (Ј o, d), vЈfW (z) 2b C2C2 ua/ua / Редактор М.ВасильеваEditor M.Vasilyeva Составитель В.Деткова Техред М.МоргенталCompiled by V.Detkov Tehred M. Morgental Фиг.ЗFig.Z Корректор Э.ЛончаковаProofreader E. Lonchakova
SU894757829A 1989-11-09 1989-11-09 Unit to focus the microwave radiation into rectangular SU1734064A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894757829A SU1734064A1 (en) 1989-11-09 1989-11-09 Unit to focus the microwave radiation into rectangular

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894757829A SU1734064A1 (en) 1989-11-09 1989-11-09 Unit to focus the microwave radiation into rectangular

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1734064A1 true SU1734064A1 (en) 1992-05-15

Family

ID=21478934

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU894757829A SU1734064A1 (en) 1989-11-09 1989-11-09 Unit to focus the microwave radiation into rectangular

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1734064A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2152631C1 (en) * 1998-03-11 2000-07-10 Закрытое акционерное общество "LC" Optical system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР № 1314291, кл. G 02 В 5/10, 1987. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2152631C1 (en) * 1998-03-11 2000-07-10 Закрытое акционерное общество "LC" Optical system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104597436B (en) A kind of spectrum device applied to imaging laser radar
US5440143A (en) Folded-path optical analysis gas cell
EP1019773B1 (en) Displaced aperture beamsplitter for laser transmitter/receiver opto mechanical system
EP0433613B1 (en) Microscopic spectrometer with Cassegrain objective
US4611883A (en) Two-dimensional optics element for correcting aberrations
US5075800A (en) Method of optimizing holographic optical elements
SU1734064A1 (en) Unit to focus the microwave radiation into rectangular
CN105974579A (en) Angle changing device for large-aperture parallel beams based on off-axis parabolic mirror
US4362367A (en) Miniaturized symmetrization optics for junction laser
CN115395349B (en) Large-aperture laser system and light beam quality diagnosis method thereof
US4345815A (en) Perfect geodesic lens for waveguides and optical processor of unidimensional signals employing said lens
CN117740682A (en) W-shaped foldback type multi-way absorption tank and manufacturing method thereof
CN218066329U (en) Ultra-long-distance high-precision micro-nano displacement measuring device
CN115993587A (en) Device and method for filtering out solar background light
CN116015433A (en) Beam estimation and adjustment method based on quick reflector
EP0650043A1 (en) Optical system for high-sensitivity reflectivity measurement equipment
Li A high-accuracy formula for fast evaluation of the effect of focal shift
US4605290A (en) Coherent light vergence varying apparatus
US3266369A (en) Compound three-element lens assembly
CN113092075A (en) Variable-angle high-precision calibration light source system
US3285129A (en) Triple element s-lens focusing system
CN114280806B (en) Light collimation method based on kinoform
US3464760A (en) Optical system with variable focal length
CN114280563B (en) Pulse Doppler laser radar speed and distance measuring external calibration device and method
Du et al. Progress in laser active detection technology based on the cat’s eye effect