DE1497546A1

DE1497546A1 - Optisches System zur Veraenderung der Intensitaetsverteilung eines kohaerenten Lichtbuendels

Info

Publication number: DE1497546A1
Application number: DE19661497546
Authority: DE
Inventors: Kreuzer Justin L
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1965-05-11
Filing date: 1966-05-24
Publication date: 1969-04-10
Also published as: US3476463A

Description

(V¹IW

Patentanmeldung

The Perkin«Klmer Corporation IJorwalK / Conn«, V.u.A.

Πη+.i Rfthnw Svaii

der Inten3itatsverteilung ej.nea kohärenten Licht bündel a,.

Die drfindung betrifft ein optisches System zum Aufnehmen eines einfüllenden Bündels von kohärentem Licht mit einer anfänglichen Intensitätsverteilung und zhasenfläcxte und zum erzeugen eines ausfallenden ötrahlenoündels mit einer gewünschten* von der des einfallenden Strahlenbündels Verschiedenen Intensitätsvorteilung»und einer gewünschten -thasenflache· Vor allem betrifft die Erfindung die Neuverteilung eines ungleichförmigen Iiiehtbündels in ein gleichförmiges Bündel.

Als Quellen von kohärentem Licht, d. h. Iiicht »it definierter Phasenbe^iehung sind I*ueer bekannt· Ublicherv/eise aind die rhasenfl-ichen des Biindele sphiri&ch oder plan, und eines icann durch gebräuchliche optische Systeme in das andere umgewandelt werden. Im allgemeinen ist die Bündelintensität ni.cnt gleichmäßig über eine Phasenfläche verteilt, v/ährend das für einige Anwendungen ausreichend ist,

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ist fur andere eine gleichförmige Intensität wünschenswert·

Man kann ein Bündel mit verhältnismäßig gleichförmiger Intensität erhalten, indem man nur einen Teil des öeeaat-

P bündele ausnutzt. Gewöhnlich ist der Mittelteil der intensivste» und man Jcann eine Maske mit einer kleinen Öffnung darin benutzen. Das bringt Lichtverlust mit sich, da nur

_; ein kleiner Bruchteil ues verfügbaren Lichts ausgenutzt wird. Kin anderes Verfahren besteht darin» in den Strahlengang des Bündels ein Filter mit nicht»gleichförmiger Durchlässigkeit zu setzen, um so das helle Mittelteil mehr zu schwächen als die Ränder. Das bringt auch Lichtverluet mit aich.

i)9r Erfindung liegt primär die Aufgabe zugrunde, ein optisches System zu schaffen, das in der Lage ist ein unit, gleichföraigee Bündel von kohiir«ntem !»loht in ein gleichföralgee zu verwandeln, ohne übeneftÜg großen jänerfieverlust und unter Beibehaltung der Phssenfläenen oder unter Ufiiwandlung derselben in einer gewunechten Weise. Allgemeiner jedoch kann die Erfindung benutzt werden, um ein Lichtbündel mit einer anfänglichen Intensitäts- \ Verteilung auf einer Phasenflache in ein Bündel_mit einer

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_ 3■ -

verschiedener- Intensitätsverteilung; ohne übermäßigen bt au verwandeln.

iirfindungsgeniass wird das dadurch, erreicht, dass das optische Systeai wenigstens eine erste aktive Fläche aur Neuverteilung der strahlen und Ändexung von deren Intensitätsverteilung und -wenigstens eine zweite aktive PIache im Abitand von der ersten aufweist, durch welche die neuvex'teilten strahlen neu gerichtet werden, um ein ausfallendes .Bündel von vom einfallenden Bündel verschiedener Intensitätsverteilung au erzeugen» und dass die Krümmungen der besagten aictiven Flächen und der Abstand zwischen diesen so gewählt sind, dass sioh im wesentlichen konstante optische Weglängen für die Strahlen zwischen der xhasenflache des einfallenden Bündels und einer gewünschten rhasenfläehe des ausfallenden ßündels ergeben»

In der Praxis findet man häufig, dass die Lichtintensität auf dem Querschnitt eines Laserstrahls gut angen-.ihert einer Gaußsehen Verteilung genügt* Solche Bündel haben hiufig eine sphärische Wellenfront, die in dem Laser selbst in eine plane Wellenfront umgewandelt wird oder durch gebräucnliche optische Mittel so umgewandelt

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BADORlGfNAt

werden können. In ähnlicher Weise kann ein Bündel mit einer planen Wellenfront durch gebräuchliche optische Mittel in ein solcaes mit sphärischer Wellenfront umgewandelt werden. Demgemäss wird die Erfindung an Hand eines speziellen Ausführungsbeispiels erläutert, bei welchem das einfallende Bündel eine Gaußsche Intensitätsverteilung und eine plane Wellenfront besitzt. Es ist jedoch selbstverständlich» dass man im Rahmen der vorliegenden Erfindungen Abwandlungen vornehmen kann for verschiedene Bingangs-IntensitäteVerteilungen und verschiedene Ausgangsintensitätsverteilungen, und dass man von einer Art von V/eiienfront auf eine andere als Teil der optischen Konstruktion übergehen kann·

In den Zeichnungen zeigt:

'.Pig. 1 eine kohärente Lichtquelle in Verbindung mit einem erfindungagemäßen optischen öystem,

Pig. 2a eine Gaußsche Verteilung des einfallenden Lichts,

Fig. 2b und 2c Elementarringe des einfallenden und des ausfallenden Bündels f

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Fig. 3 ein diagramm zur Erläuterung der Licht neuverteilung und Bandelung, und

4 ein anderes optisches System als das von Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine kohärente Lichtquelle Io gezeigt, die ein paralleles Lichtbündel mit eine^p ebenen Phasenfläche und ungleichförmiger intensitätsverteilung erzeugt, wie durch den Abstand der Lichtstrahlen 11 angedeutet ist. Die Lichtquelle kann beispielsweise ein Gaslaser sein, der ein kontinuierliches Licht bündel aussendet. Wenn die wellenfront des von dem Laser erzeugten Bündels anfangs sphärisch ist, so sei angenommen, dasa die Lichtquelle optische Mittel zur Umwandlung derselben in eine plane Wellenfroivt enthält. Beispielsweise Kann eine divergierende sphärische Wellenfront durch eine Sammellinse in eine plane Wellenfront verwandelt werden_o

Das erfindungsgemässe optische System bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 hat zwei kreisförmige Linsenglieder 12 und 13t die im Querschnitt dargestellt sind und im Abstand voneinander auf der optischen Achse 14 des Systeme sitzen. Die äußeren Flächen 15, 16 der Linsenglieder

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BAD

I *t ν» t *J t

sind plan und senkrecht zur optischen Acnse. Die inneren Flächen 17, 18 der Linsenglieder sind asphärische Flächen symmetrisch zur optischen Achse. Das ausfallende Strahlenbündel ist durch die ausfallenden Stranlen 19 dargestellt« die parallel zur optischen Achse und damit parallelgeriehtet sind und eine plane Phasenfläcne aufweisen. Da die einfallenden und die ausfallenden !Strahlen senkrecht zu den äußeren Flächen 15 bzw. 16 sind, lernten diese Flächen uie strahlen nicht ab und sind somit inaktive Flächen,, Die inneren Flächen 17» 18 ändern die Richtung der strahlen und sind daher aktive Flächen. Sie werden im folgenden als die erste und die zweite Fläche des Linsensystems bezeichnet«,

j)ie erste Fläche 17 bewirkt eine Neuverteilung der otrahlen 11 des einfallenden ungleichförmigen Lichtbündels in ein im wesentlichen gleichförmiges Bündel an der zweiten Fläche 1Θ, wie durch die Änderung der Strahlenabstände dargestellt ist. Die zweite Fläche lö wirKt als Phasenkorreicturglied, welches die neuverteilten Strahlen neu richtet₉ um die gewünschte «Vellenfront zu bilden, die in diesem Ausführungsbeispiel plan ist. Die Krümmungen der Flächen 17, lö und ihr Abstand sind so auf-

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BAD

einander abgestimmt, dass sicn für alle strahlen gleiche optisch« Weglangen ergeben, wie unten noch im einzelnen beschrieben wird,

Figo 2a zreigt eine SaußsQhe Verteilung bei 21., welche die Intensität I₁ des einfallenden Strahls als Funktion def Radius» r Ton der optischen Achse 14 darstell;« Die Intensität kann geschrieben werden ale:

_r 2

t I₁ Cr) «e ^a forr< ß

(O

Der Ausdruck I₁ (r) deutet an, dass I₁ eine Punktion von r ist, e ist die Basis der natürlichen Logarithmen und a ist eine Konstante, die einen ilai3stab-Factor bil~ det. Die Gleichung gilt fur Werte von r kleiner als R, welches lötztere der Radius des Linssngliedes 12 isto Fur Radien größer als R ist I₁ null»

Unter Vernachlässigung von Verlusten durch Reflexion und Absorption an den Linsengliedern 12 und 15, die

-Ö-

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BADORIGiMAL

klein gehalten werden können» ist nach dem Gesetz von. der Erhaltung der Energie die gesamte i&ergle in dem einfallenden Bündel ljjgleioh der gesamten Energie an der aweiten Fläche 18. Bezeichnet man. die ßiindelintensität an der Fläche 18 mit I₂ Cr)» und benutzt man Polarkoordinaten r'ZJj , so ergibt sich die folgende G-leichüng:

jT ,% 2 R

/I I₁ Cr) r dr d<*U / / I₂ Cr)r dr£?

Die linke Seite der Gleichung (2) ist die Gesamtenergie in einem einfallenden Bündel mit einer Vex-teilung I^ Cr). Die rechte Seite ist die (resamtenergie in einem ausfallenden Bündel mit einer Verteilung Ig Cr). Bei dem speziellen Ausführungebeispiel war I₁ Cr) als eine Gaufleche Verteilung angenomment die durch Gleichung CO gegeben ist, und Ig (r) ist eine Konstante· Da das Linsenglied 13 einen kreisförmigen Umfang besitzt, ist die gesamte iänergie auf diesem I₂^iT fi². Damit wird Gleichung C2)

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ι *r w ι.

e a r dr ^

Führt man die Integration durch und löst noch Ig auf, so ergibt sich:

I₂ ^Ä a² ^ «2 / (4)

Wie aus Hg. 1 ersichtlich ist, werden die Lichtetrahlen in (dem Mit Gelbereich mit hoher Intensität in dem einfallenden Bündel progressiv nach außen zu dem peripheren Bereich der Fläche 13 hin verteilt« Bas bedeutet» dass Strahlen in fiingbereichen mit größerer Intensität an der . Linse 17 in radialer Sichtung neuverteilt werden ent-* sprechend Ringbereichen geringerer Intensität. Somit gelangt die JBnergie in einem Hing von differentieller Breite aus dem einfallenden Bündel an der Fläche 18 auf ei- / nen Hing von größerem Durchmesser. Fig* 2b zeigt einen ^v

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differentiellen Ring vom Radius r^ und einer .Breite dr^ im einfallenden Bündel. Fig. 2c zeigt den entsprechenden Ring in dem jöündel an der Fläche 18_V der einen Radius χ

eine Breite dr« hat. Bei Anwendung dee Gesetzes von der Erhaltung der Energie auf jedes Paar von Hingen unter Benutzung der Gleichungen (1) und (4) ergibt sieh:

^Γ1 e*"'""a^J

« a

1 -

dr

C5)

Durch Int engrat ion der Gleichung (5) kann die Beziehung zwischen P₁ und r_g für die Endpunkte jedes Strahls erhalten werden* was ergibt: .

C6)

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V I yJ *t w

Gleichung (5) gibt die gewünschten Endpunkte rg an der zweiten Fläche 1β für jeden Strahl τ^ an der ersten Fläche bei einer Gaußschen Verteilung für I₁ (r) und einer gleichförmigen Verteilung für Ig · Die Krümmung der beiden Flächen 17 und 18, die für dieses Ergebnis erforderlich ist, hängt von den Brechungsindizes der Lineenglieder 12 und 13 und dem Abstand zwischen den letzteren ab. Die Krümmung hängt auch von dem Maßstabfaktor a und der Größe jedes Gliedes ab·

Fig. 3 zeigt die Beziehungen» die hier eine Holle spielen, tiler sind die Flächen der Linsenglieder bei 17 und 18 dargestellte Die optische Achse des Linsensystems ist bei 14 gezeigt und bildet» wie angegeben, zugleich die Z-Koordinate. Es ist angenommen, dassjdie Linsenglieder gleichen Brechungsindex η haben. Der Bereich dazwischen soll Luft mit dem Brechungsindex 1 sein. Ein einfallender Strahl 22 parallel zur optischen Achse hat eine radiale Koordinate r., und wird an der ersten Fläcne 17 gebrochen, so dass er, wie durch Teil 22* gezeigt ist, unter einem Winkel Θ zur optischen Achse weiterläuft. An der zweiten Fläche lö wird der strahl 22* erneut gebrochen und tritt als Strahl 22* * parallel zur optischen Achse mit» ■ ··*»■■■ . —* . ,

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ORIGINAL INSPECTED

der radialen Koordinate r₂ aus. Die gestrichelte Linie 23 stellt die Bichtung der radialen Polarkoordinate r dar, und die Schnittpunkte des Strahls 22 mit der Fläche 17 und des Strahls 22* mit der fläche lö werden darauf als r.j und r^ projiziert ο

Mit 24 und 25 sind Tangentenebenen in. den jeweiligen Schnittpunkten bezeichnet. Der Abstand dieser Ebenen in Richtung des Strahls 22* ist mit w bezeichnet. R sind die Radien der Linsenglieder, die bei diesem Ausführungsbeispiel gleich aind.

Nach geometrischen Prinzipien ergibt eich:

T₂ - T₁ '■ w ein Θ (7)

Gleichung (7) kann benutzt werden, um r₂ in Gleichung (6) zn eliminieren. Das ergibt einen Ausdruck für r^, den. die erste Fläche 17 erfüllen muss» um die Lichtstrahlen richtig neuzuvertfilen. Jedoch ein anderes Erfordernis ist, dass das austretende strahlenbündel eine plane Phasenfläche besitzt. Das kann man erreichen, wenn die optischen Weg»

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ORIGINAL INSPECTED

!■Ingen aller strahlen gleich sind. Somit müssen die Krümmung der ersten Fläche 17 und die Krümmung der zweiten Fläcae 18, welche die neuverteilten Strahlen neu « richtet zusammen so gewählt werden, dass sicn gleiche optische Weglängen für alle ötranlen ergebene Das kann durch das folgende Verfahren errßicnt werden: "

i3ei planen äußeren Flächen 15, 16 der Linsenglieder, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, sei t der Abstand zwischen diesen. Dieser Abstand ist auch in ?ig. 3 dargestellt. J)Ie im Abstand t voneinander liegenden Ebenen könnte man auch innerhalb der Linaenglieder aber außerhalb der Flächen 17, 18 liegend annehmen.

Viexui ρ Cr) die optische ./egl'inge zwischen diesen Ebenen ist, dann ist

ρ (r) « w + η (t - w caa.e ) (8) i

Das erste Glied auf der rechten Seite dieser Gleichung ist die ofrtiische Weglänge in Luft. Das zweite Glied ist die optiscne weglinge in Glas zwischen den vorstehend definierten Ebenen. Wenn die optischen Weglängen für alle

-U-

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ORIGINAL fNSPEGTED

strahlen gleicii sein aollen, dann muss gelten

p(r) - p(ü) * 0 (9)

Wenn β der Abstand der beiden Flächen 17 und 18 längs der optischen .achse ist, dann ist nach Fig. 3:

p(0) = s + η (t-s) (10)

Kombiniert man die Gleichungen (8), (9) und (10) so ergibt sich:

s Cn'- 1) + w (1 - η cos θ ) »0 (11)

Das Snelliussche Jrechungsgesetä für einen auf die erste Fläche 17 treffenden Strahl ist

-n~8ln O₁--β-ei» β (12)

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ORiGiNAL INSPECTS*

H97

-.15 -

Die in Gleichung (12) aufgeführten Winkel sind in Fig. gezeigt· Wie man aus Fig. 3 auch sieiit, ist

(13)

Wie aus Pig. 3 ersichtlicn ist, ist ier v/infcel Q₁ die öteigung der ersten Linsenfläcne 17, die durch z^ (r) gegeben ist, bei r = r-j. Es ist auch die Steigung der zweiten Linsenfläcne lö, axe durch Z₉ (r) gegeben ist, bei r = Γρ. Demnach istj

tan O₁ = _d| Z₁ Cr₁) (U)

tan U₁- dl₂ ^2 ^(r2^{} (15)}

Man möchte z^ (τ^) und Z₂ (r₂) als Funktion von n, 8,T₁ und r2 ausdrucken. Das kann man erreichen durch ivombination

der Gleichungen (7) und (11) bis (15)· iäin Verfahren, das man anwenden kann, soll kurz angegeben werden. Gleichung (7)

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BADORiMKL

kann nach w auf gelöst und in (11) eingesetzt werden. Das ergibt

- η cos θ β -.ÜLjLJLliL ^s sin ö (r₂ - P₁)" ^u

Sie Größe α wird benutzt als bequeme Bezeichnung fur das Glied auf der rechten Seite der Gleichung. Die Gleichungen (12) und (13) können Kombiniert werden, um e_r zu eliminieren und einen Ausdruck

tan Q_± « - ^sin * ° (17)

cos ö - η

zu erhalten.

Die Größe U erhält man durch Quadrieren des ersten Gliedes von Gleichung (16) und tg O₁ durch Quadrieren der Gleichung (17)· Indea man aus dem so erhaltenen Wert von u den ^usdruok (u -1+n ) bildet» findet man» dass

tän²e/ = 1

u² - 1 ♦ n² <^lö>

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Indem man das mittlere Glied der Gleichung (16) für u in (18) einsetzt, erhält man folgendes:

tan^ -

I)₊

Tn - 1) i

(19)

Die Quadratwurzel der Gleichung (19) kann in Gleichung (14) eingesetzt v/erden und das Integral ausgedrückt als

(in - 1) s\

(2o)

-1/2

-dr.

Durch Einsetzen des in Gleichung (6) angegebenen Ausdruckes für r erhält man aus Gleichung (20) die Gleichung für die erste Fläche 17. In ähnlicher Weise erhält man durch Einsetzen der Quadratwurzel von Gleichung (19) in Gleichung (15)

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ORIGINAL INSPECTED

- 16 -

(Γ)

(η² - 1)

(η - 1) β

-1/2

dr« (21)

Aus Gleichung (6) Kann ein Ausdruck Tür T₁ erhalten werden, nämlich

(22)

Wenn man diesen AUsdrucK für r* in Gleichung (21) einsetzt, definiert diese Gleichung die zweite fläche lö»

Jäine Einsicht in die Bedeutung der Gleichungen (20) und (21) kann mun erhalten, wenn man annimmt, dass s hinreichend groß ist, so dass das erste Glied in der Klammer klein gegen das zweite ist* Dann kann Gleichung (20) angenähert werden durch

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Cn-I)

Der Integrand in dieser Gleichung ist die radiale Verlagerung, welcher die strahlen bei der Neuverteilung der Bdndelintensität unterworfen sind ο

Als Beispiel für eine detaillierte Aösftihrungsform des in Fig. 1 dargestellten optischen Systeme wurden die Gleichungen (20) und (21) für Werte von η « 1, 515, s s 15o mm und a * 15 vm gelöst. Der Wert von a wurde so gewählt, dass 9o% der Jundelenergie ausgenutzt wurde« Das wurde dudurcn erhalten, dass die linice Seite von Gleichung (3) in den Grenzen von r = ο bis r « S. inte- griert wurde, um die iiundelintens.ität inneriialb des Radius | R SSU erhalten.» Jas Verhältnis χ des ieilstrahls zur gesamten ßündeD.int ens it ä t ist .

-CR)² x=l-e a C24)

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/ «JHU

χ m 0,90 und R * 15,oo Millimeter wird a gleich 9_f9o Millimeter· J)i© übweickung in z-Richtung von inrer jeweiligen ζ s ο-Lage in Millimetern ist für verschiedene Radien für die erste und die zweite Fläche 17 bzw. 18 durch folgende Tabelle gegeben .

	«1 Cr₁	Tabelle 1	0
	Q	) T₂	.0062
0.00	.0039	0	.024o
1.00	• 0153	1.60	.0520
2.430	.0338	3.16	.0082
3.00	*O5ö6	4.68 ,·	.1292
4.00	.o8ö7	6.i4	,1722
5.00	.1230	7*50	.2151
6.00	.1599	8.76	.2547
7.00	.1980	9c92	.2887
8.00	«2357	10.96	. 3166
9.00	.2715	11.86	.3386
10.00	•3Ö_?38	12.64	.3539
11.00	.3310	13.32	.3636
12.JÜ0	.3520	13.88	.3685
13*oü.	.3653	14.34	.3700
14.00	.3700	14*70
15.00		15.00
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jiin so konstruiertes optisches System ist zur Anwendung bei einem Bündel von vorgegebener Lichtpunktgröße beistimmt* Falls das Bündel von dem Laser oder einer anderen kohärenten Lichtquelle ni.cnt die richtige Größe fur das

optische System besitzt, kann es auf diese mittels eines geeigneten Vergrößerungs-* oder Verkleinerungsobjektives gebracht werden» Tatsächlich hat das oben detaillierte System einen Durchmesser von 30 Millimetern, und im allgemeinen wird man eine Vergrößerung anwenden, da Laserstrahlen üblicherweise nur wenige Millimeter besitzen. Die größeren Linsenglieder erleicntern die Herstellung der asphärischen Fläcneno In ähnlicher Weise kann der ausgangsstrahl wie gewünscht vergrößert oder verkleinert werden, wenn er nicht die für eine vorgesehene Anwendung erforderlichen Abmessungen hat. a omit Kann das einmal konstruktive und gebaute optische öystem nach der iärfindung zur Verwendung bei einer Vielzahl von Anwendungen έ angepasst werden. '

In Fig. 4 ist eine Abwandlung dargestellt, bei welcher die neuverteilten ütranlen von der erste«. fläche 31 anfänglich konvergierend gemacht werden und sich.im Bereich 32 kreuzen» bevor sie zu der zweiten Fläche 33 divergieren,

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statt dass sie ständig zwischen den beiden Flächen divergieren wie in Fig. 1. Die Flächen für diese Abwandlung kann man aus den Gleichungen (20) und (21) erhalten« indem man rg durch -rg ersetzt, wodurch der Radius für die zweite Fläche wie angedeutet auf die andere üeite verlegt wird· Wie man sieht, ist die erste Fläche jetzt überwiegend konvex und nicht mehr konicav wie in Fig. 1, und weist eine ausgeprägtere Krümmung auf, um größere Brechungswinkel bei gleichen Abständen der Linsenelemente zu erzielen. Die zweite Fläche bleibt generell konvex wie in Fig. 1, aber die Arümmutig ist ausgeprägter, da die neuverteilten Strahlen, die darauf auftreffen bei gleichem Linsenabstand eine größere Divergenz aufweisen als in Fig. 1.

Bei den Ausitührungsbeispielen von Fig. 1 und 4 haben die beiden Linsenglieder den gleichen wirksamen Radius R und darauf sind die Gleichungen aufgebaut. Obwohl das die Konstruktion vereinfacht, ist es nicht notwendig, \ienxi es gewünscht wird, kann die Krümmung der ersten Fläche so geändert werden, dass sie die Strahlen auf eine größere oder kleinere zweite Fläche neuverteilt, und diese zweite Fläche kann so geändert werden, dass sie die ütranlen richtig neu richtet, wobei die Länge der optischen

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Weglängen wie oben erörtert in Rechnung zu stellen ist· Statt die beiden aktiven Flächen durch Luft zu trennen, könnte man sie auch auf entgegengesetzten Seiten eines Glasgliedes vorsehen. Die Xrämmungsrichtung der Fliehen wäre dann umgekehrt um die Strahlen an der ersten Fliehe au. divergieren und sie an der zweiten Fläche parallel zur optischen Achse auszurichten. Die Konstruktion eines solchen Systems könnte mit Hilfe der vorstehenden Gleichungen erfolgen, wenn darin η durch 1/n ersetzt wird. Ba die erforderlichen iCilJjimungen umso stärker sind, je Kleiner der abstand der beiden ökti¥tn Flächen voneinander ist_t würde das im allgemeine® $m einem sehr dicken Glasglied führen.

Wenn es erwünscht ist, könnten die MaBer@B Flächen 15, 16 statt plan auch gekrümmt sein, um die gewünschte Art ▼on Wellenfronten zu erzeugen oder erzeugen zu helfen, oder die asph-irischen Fl-ionen zu vereinfachen.

Viele Abwandlungen sind möglich innerhalb des Grundgedankens und ochutzbereiches der Erfindung, wie dem Fachmann verständlich sein wird. Wenn die Prinzipien der geometrischen Optik wie in den obigen speziellen Ausführungsbeispielen anwendbar sind, genügen zwei atctive Flächen· ·

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ORIGINAL INSPECTED

Die Flächen sind jedoch oft stark asphärisch, wenn «eitere aktive fläcaen angewandt werden* die an der Neuverteilung und Neurichtung der Strahlen teilnehmen, kann eine Verminderung der Stärke der asphärischen Glieder eräielt werden, allerdings auf kosten eines komplizierteren Konstruktionsverfahrens· Wenn, die anfängliche .Bündelverteilung nicht eine Gaußsche Verteilung ist, kann Gleichung (1) in der erforderlichen Weise verändert und können geeignete Änderungen in den anderen Gleichungen vorgenommen werden. Wenn eine ungleichförmige Verteilung I^ (r) im ausfallenden strahlenbündel gewünscht wird, kann diese auf der rechten Seite von Gleichung (2) eingesetzt und die Integration durchgeführt werden, um die Beziehung zwischen I₁ (r) und I₂ M herzustellen. Die nacafolgenden Gleichungen können dann geeignet geändert werden. Hfenn statt planer Phasenflächen in einfallendem und ausfallendem strahlenbündel» irgendeine andere Beziehung gewünscht wird, beispielsweise plane zu ephärisohoiWellenfronten oder umgekehrt, kann das Erfordernis gleicher optischer Weglängen, das in Gleichung <9) zum Ausdruck kommt, entsprechend geändert werden.

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Claims

Patentansprüche»

1. Optisches System zum Aufnehmen eines einfallenden .tfündels von kohärentem Licht mit einer anfänglichen Intensität3verteilung und Phasenfläche und zum jSr- " ' zeugen eines ausfallenden Strahlenbündels mit einer gewünschten, von der des einfallenden Strahlenbündels verschiedenen Intensitatsverteilung, und einer gewünschten Phasenflache, dadurch gekennzeichnet» dass das optische System wenigstens eine erste a*ctive Pläche zur Neuverteilung der Strahlen und Änderung von deren Intensitätaverteilung und wenigstens eine zweite aktive Fläche im Abstand von der ersten aufweist» durch welche die neuverteilten Strahlen neu gerichtet werden, um ein ausfallendes .Bündel von vom einfallenden Bündel verschiedener Intensitätsverteilung zu erzeugen, und dass die Krümmungen der besagten akti- j ven Flächen und der Abstand zwischen diesen so gewählt sind, dass sich im wesentlichen konstante optische Weglängen für die Strahlen zwischen der Phasenfläche des einfallenden Bündels und einer gewünschten Phasenfläche deε/auafalienden Bündele ergeben.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekenn-. . -26-

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zeichnet» dass die aktiven flächen asphärisch sind.

Optisches System nach Anspruch 2, bei welchem die ungleichförmige Intensitätsverteilung des einfeilenden Bündels symmetrisch zur optischen Achse und die IntensitätsVerteilung des ausfallenden Bündels konstant ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste aktive Fläche die strahlen aus einem iUngabschnitt höherer Intensität in radialer Richtung zu Eingabschnitten geringerer Intensität hin bricht·

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