PL186117B1 - Optyczny koncentrator promieniowania - Google Patents

Abstract

1 Optyczny koncentrator promieniowania zawierający współosiowo zestawione zwierciadła transformujące natężenie tego promieniowania, znamienny tym, że ma zwierciadło wypukłe (2) o kształcie zewnętrznej powierzchni stożkowej, a zwierciadło wklęsłe (1) ma kształt wewnętrznej powierzchni stożkowej.

Description

Przedmiotem wynalazku jest optyczny koncentrator promieniowania, przeznaczony do wytwarzania spójnej wiązki promieni świetlnych o dużym natężeniu promieniowania i w tej części widma fal elektromagnetycznych, która dotyczy widzialnego promieniowania świetlnego.

Znanymi urządzeniami optycznymi, najczęściej stosowanymi do wytwarzania spójnej wiązki światła o dużym jej natężeniu są reflektory i lasery. Reflektory są przy tym urządzeniami wytwarzającymi spójną wiązkę światła w pełnym spektrum fal elektromagnetycznych świetlnych, a więc widzialnych, natomiast lasery wytwarzają wiązkę światła monochromatycznego, często o wybranym i ustalonym stanie polaryzacji.

Rozwiązanie techniczne typowego reflektora charakteryzuje się tym, że reflektor taki zawiera odbłyśnik wykonany w postaci wycinka obrotowej powierzchni sferycznej, w której ognisku umieszczone jest punktowe źródło światła. Promienie świetlne emitowane wielokierunkowo ze źródła światła, po odbiciu od powierzchni odbłyśnika, zwanego też zwierciadłem, tworzą spójną wiązkę równoległych promieni świetlnych o dużym natężeniu strumienia świetlnego. Te natomiast promienie świetlne, które wprawdzie zostały wyemitowane ale nie uległy odbiciu na odbłyśniku, tworzą promieniowanie rozproszone, widzialne w kącie bryłowym, wyznaczonym położeniem źródła światła w stosunku do obrzeży odbłyśnika.

Wspomniane cechy techniczne typowego reflektora, wytwarzającego spójną wiązkę promieniowania świetlnego znane są przykładowo z polskiego opisu patentowego nr 157 339.

Do wytwarzania spójnej wiązki światła o dużym natężeniu stosowane są również lasery o różnorodnej konstrukcji i przeznaczeniu.

Wiązka światła wytwarzana przez lasery charakteryzuje się niezwykłą spójnością i brakiem promieniowania rozproszonego, przy czym jest to ponadto wiązka światła monochromatycznego o ściśle określonej długości fali. Kąt rozbieżności wiązki zależy przy tym od kształtu rezonatora lasera, ale zazwyczaj wartość tego kąta nie przekracza kilku miliradianów.

Zasadnicze cechy techniczne lasera zbudowanego na ciele stałym ujawnione są w opisie i rysunku zawartym na str. 297 i 298 książki pt. „Przyrządy optyczne”; J. Chalęcki; WNT 1979 r. Laser znany z tej książki zawiera współosiowo usytuowane źródło światła i pręt rubinowy, umieszczone we wnętrzu przezroczystej rury, wypełnionej również przezroczystym płynem chłodzącym, przy czym rura ze wspomnianymi elementami usytuowana jest we wnętrzu i w osi wzdłużnej elipsoidalnej powierzchni zwierciadlanej, zwanej rezonatorem.

Światło emitowane ze źródła światła i odbite od powierzchni zwierciadlanej kumuluje się we wnętrzu pręta rubinowego powodując stan wzbudzenia jonów chromu zawartych w pręcie, zaś po przekroczeniu określonej wartości tego stanu następuje impulsowa emisja koherentnej i mononochromatycznej wiązki światła o dużym natężeniu strumienia świetlnego.

186 117

Inne rozwiązanie techniczne urządzenia do zmiany natężenia i wytwarzania wiązki promieni równoległych jest znane z polskiego opisu patentowego nr 78 483.

Urządzenie to zwane kondensatorem optycznym składa się z dwóch wklęsłych zwierciadeł o kształcie wycinka kuli i wspólnej osi optycznej, które umieszczone są względem siebie w sposób przeciwsobny.

Ogniska obu zwierciadeł pokrywają się przy tym ze sobą, zaś jedno z tych zwierciadeł skupiających ma centryczny otwór o średnicy wiązki wyjściowej odbitej przez drugie zwierciadło o mniejszej średnicy.

Istota wynalazku polega na tym, że zmiany natężenia spójnej wiązki światła dokonuje się za pomocą koncentratora zestawionego z wklęsłego zwierciadła o kształcie wewnętrznej powierzchni stożka ściętego i współosiowo z nim usytuowanego zwierciadła wypukłego mającego kształt zewnętrznej powierzchni stożkowej. Cechą istotną wynalazku jest także to, że kąt wierzchołkowy powierzchni stożkowej obu zwierciadeł jest identyczny, zaś średnica podstawy zwierciadła wypukłego jest równa lub mniejsza od średnicy otworu w zwierciadle wklęsłym. Kolejną cechą istotną wynalazku jest to, że szerokość pobocznicy powierzchni stożkowej obu zwierciadeł jest taka sama.

Efektem technicznym wynikającym ze stosowania wynalazku jest to, że za jego pomocą można uzyskiwać transformację natężenia strumienia świetlnego padającego w postaci spójnej wiązki promieni na jedno ze zwierciadeł koncentratora według wynalazku.

Za pomocą tego koncentratora, stosowanego przykładowo jako przystawka do reflektora, można zwiększyć natężenie promieniowania do wartości umożliwiającej jaskrawe oświetlenie wybranego obszaru powierzchni lub też dla celów ogrzewania albo też w układzie kaskadowym dla celów obróbki powierzchniowej.

Koncentrator według wynalazku charakteryzuje się również prostotą swego rozwiązania technicznego, przy czym znacznie prostsza jest również technologia wykonania zastosowanych zwierciadeł.

Przedmiot wynalazku objaśniony jest szczegółowo w opisie jego wykonania oraz zilustrowany na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia koncentrator pokazany w przekroju osiowym, natomiast fig. 2 - ten sam koncentrator w widoku z góry.

Zgodnie z wynalazkiem koncentrator ma zwierciadło wklęsłe 1 o kształcie wewnętrznej pobocznicy stożka ściętego, którego kąt wierzchołkowy wynosi 90°. Taki sam kąt wierzchołkowy ma zwierciadło wypukłe 2 o kształcie zewnętrznej powierzchni stożka, przy czym oś tego zwierciadła pokrywa się z osią zwierciadła wklęsłego.

Szerokość pobocznicy stożka ściętego tworzącego zwierciadło wklęsłe oraz szerokość pobocznicy stożka tworzącego zwierciadło wypukłe jest identyczna, przez' co mieszczą się one między dwoma płaszczyznami równoległymi, prostopadłymi jednocześnie do wspólnej osi zwierciadeł. Średnica podstawy zwierciadła wypukłego 2 jest przy tym mniejsza od średnicy otworu w zwierciadle wklęsłym 1.

Spójna wiązka a promieni padających na zwierciadło wklęsłe 1 jest usytuowana w osi tego zwierciadła, przez co kąt padania tych promieni na zwierciadło wklęsłe jest równy kątowi odbicia wynoszącemu 45°.

Promienie świetlne odbite od zwierciadła wklęsłego padają na zwierciadło wypukłe, gdzie ulegają ponownemu odbiciu do dołu tworząc drugą, spójną wiązkę b promieni, lecz o znacznie wyższym natężeniu strumienia świetlnego. Pomijając straty na promieniowanie absorbowane w warstwie powierzchniowej zwierciadeł oraz promieniowanie rozproszone można przyjąć, iż stosunek natężenia strumienia świetlnego w wiązce b do natężenia w wiązce a jest równy stosunkowi powierzchni zwierciadła wklęsłego 1 do powierzchni zwierciadła wypukłego 2.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz

Cena 2,00 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1 Optyczny koncentrator promieniowania zawierający współosiowo zestawione zwierciadła transformujące natężenie tego promieniowania, znamienny tym, że ma zwierciadło wypukłe (2) o kształcie zewnętrznej powierzchni stożkowej, a zwierciadło wklęsłe (1) ma kształt wewnętrznej powierzchni stożkowej.
2. 2. Koncentrator według zastrz. 1, znamienny tym, że kąt wierzchołkowy powierzchni stożkowej obu zwierciadeł jest jednakowy, zaś średnica podstawy zwierciadła wypukłego (2) jest równa lub mniejsza od średnicy otworu w zwierciadle wklęsłym (1).
3. 3. Koncentrator według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że szerokość pobocznicy powierzchni stożkowej obu zwierciadeł jest taka sama.