[其他]逆光锥——一种平行光束发生器

说明书

本发明是属于光学技术方面的。该发明的内容是利用逆光锥原理，采用一种特殊的装置，将发散光变为平行光束。

该发明的思想来源于光锥。光锥是一种反射圆锥腔（如图1）。当初有人想用它将来自锥底的光，集中到面积极小的锥顶上，从而产生极大的能流密度。实际上，光锥是无法将光集中到极小的锥顶口的，因为由光线传播的几何性质可知，当光在光锥壁上反射一次，光线与锥轴的夹角改变α（α为光锥锥角），光向锥顶方向传播时，不断在锥壁上反射，光线与锥轴夹角越来越大，当夹角大于90°后，光线转向，向锥底方向传播，因此，绝大部分光在到达锥顶前就折了回去，即使有少部分光能到达锥顶，这部分光也是高度发散的。总之，由几何光学可知，光锥能使来自锥底较平行的光束变成锥顶附近高度发散的光。虽然光锥不能实现，但却给本人一个反面的启发，即光锥能将来自锥顶的高度发散的光，变为锥底附近较平行的光束。如图2所示，将光锥反过来，光从锥顶发出，向锥底传播，称这种情形下的光锥为“逆光锥”。逆光锥能将高度发散的光变为较平行的光束，且若逆光锥锥体足够长的话，光束的发散角为其锥角α。当然，仅用图2中的逆光锥是不能取得高度平行光束的，这需要将锥角做得十分小且逆光锥十分长，这两个要求不能同时达到。本人为解决这一问题，借鉴了激光谐振腔的技术，发明了一种迥路逆光锥谐振器（见图5），让光束在其中作迥路运行，在运行过程中，光束不断被逆光锥所准直，最后以发散角极小的平行光束输出。这一装置的实质，就是一个锥角极小而锥体极长的逆光锥。

该发明的目的就是将发散光变为平行光，获取极高的能流密度，供生产、军事、科研等方面应用。

该发明的整个装置主要有两个部分：一部分为光源及小锥角逆光锥，用来取得较平行的光束（几度发散角）;另一部分为迥路逆光锥谐振器，它将来自第一部分较平行的光变成极平行的光束（几分发散角）。

第一部分装置如图3或图4所示。图3中的装置由反射抛物镜、透（或凹面）镜组、几度锥角的逆光锥组成，光源置于抛物镜焦点上，逆光锥入口口径较小，锥体较长。图4中装置由光泵（光泵的端面为半椭球）、透（或凹面）镜组、两个逆光锥组成，光源位于光泵的一个焦点上，光接受管位于光泵的另一焦点上，逆光锥（1）的锥角为十几度，逆光锥（2）的锥角为几度，两逆光锥锥体较长。图3、图4装置可任取其一作为第一部分装置。抛物反射镜、光泵及逆光锥的内表面均镀上高反射膜。

第二部分装置见图5所示。它主要有两个平行放置的锥角极小的两个逆光锥（A）、（B），还包括两个光转向装置：直角平面反射镜及凹面镜组。逆光锥（A）与（B）的孔径相近，其中φ_B左＝φ_A左，φ_A右＞φ_B右（由于按光束运行方向（A）、（B）为逆光锥，它们的孔径关系有φ_A右＞φ_A左，φ_B左＞φ_B右），逆光锥（A）的锥角稍大一些，为几十分，逆光锥（B）的锥角更小，为几分，两逆光锥平行排列，相隔一定距离，锥体长相同，且锥体长L与锥孔孔径φ之比约为几十（例L/φ≈50）。两逆光锥左端有一直角平面镜，用来改换光路，它有两个互相垂直的反射面，反射面与锥轴成45°角（这可用两个相对放置的凹面镜组代替）。右端有另一光路转向装置，它由两个相对放置的凹面镜（A）、（B）组成，两凹面镜镜面与迥路轴线成45°（即要求轴线上的光线在两凹面镜上反射时方向都改变90°，一共改变180°），两凹面镜在轴线上的傍焦点重合，並使得其上傍焦距f_（A）傍与f_（B）傍之比等于逆光锥（A）、（B）右端孔径之比，即f_（A）傍/f_（B）傍＝φ_A右/φ_B右，这样可使平行光束转向后仍为平行光束，且光束不溢出迥路。凹面镜（A）与输出孔相接，输出孔孔径φ₀大于或等于φ_A右。第二部分装置中的逆光锥（A）、（B）的内表面、直角平面反射镜的反射面及凹面镜（B）的镜面，均镀上全反射膜，而在凹面镜（A）的镜面上镀高反射的半透镜。这样，迥路逆光锥谐振器便实现了光在其中往返运行，运行中不断被逆光锥（A）、（B）所准直，最后以最小锥角左右的发散角输出平行光束。