lazernaya_tekhnika_uchebnik (863459), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Чаще всего диаметр пучка измеряется фотографическимили фотоэлектрическим способом. При фотографическом способе получают изображение пучка на фотоматериале и с помощью последующей обработки снимка получают данные о диаметре пучка, измеренномлибо по спаду интенсивности, либо по содержанию энергии (мощности)в сечении пучка. Для измерения диаметра пучка по заданному уровнюспада интенсивности фотоэлектрическим способом пучок сканируют впоперечном направлении диафрагмой небольшого диаметра, за которойрасположен приемник излучения (рис.
1.10).Выход с приемника излучения подается на самописец. Для измерения диаметра по содержанию энергии (мощности) перед приемникомРаспределениеинтенсивности визлучения устанавливаются диапоперечном сечениифрагмы различного диаметра. КогпучкаDПриемникизлученияДиафрагмаHРис. 1.10. Схема измерениядиаметра пятна фотоэлектрическимспособом по заданному уровнюспада интенсивностиРис. 1.9.
Характеристическаякривая фотоматериала27да сигнал с приемника достигает определенной доли от сигнала, соответствующего полной мощности, то диаметр диафрагмы и будет равенизмеряемому диаметру пучка.Измерение расходимости основано, прежде всего, на измерениидиаметра. Если измерить диаметр пучка в дальней зоне или диаметрыпучка в двух сечениях, тоже находящихся в дальней зоне, то расходимость определяется геометрически (рис. 1.11):D D2 − D1=.∆zzОчень часто оказывается, что дальняя зона находится на слишкомбольшом расстоянии от лазера, где измерения проводить неудобно илиневозможно. В этом случае удобно использовать свойство линзы создавать в своей задней фокальной плоскости дальнюю зону падающего налинзу пучка.
Другими словами, в задней фокальной плоскости получается с некоторым масштабом такое же распределение интенсивности, как вдальней зоне. В этом случае Θ = Df /f ', где Df – размер пятна в фокальнойплоскости линзы; f ' – фокусное расстояние используемой линзы.Расходимость, таким образом, определяется по уровню, принятомудля определения диаметра пучка. Расходимость можно измерять с помощью положительной линзы, при этом результат измерений (если пренебречь влиянием аберраций) не зависит от того, на каком расстояниинаходится линза от лазера.
Этот метод называется методом фокальногопятна (рис. 1.12).Следует заметить, что положение фокальной плоскости должнобыть известно для той длины волны, на которой производятся измерения.Θ=Dfθ/2θD1zΔzD2θ/2f ʹРис. 1.11. К измерениюрасходимости лазерного излученияРис. 1.12. К измерению расходимостиметодом фокального пятна28Способы измерения спектральных (частотных) параметров ихарактеристикОдним из основных измеряемых параметров обычно является частота (длина волны) излучения.
Кроме того, определяется спектральный состав, т.е. частоты (длины волн) отдельных спектральных линий иих число. Длина волны измеряется известными способами с помощьюспектральных приборов. При использовании дифракционной решеткидлина волны определяется из соотношения:dsinφ = mλ, (1.10)где d – постоянная решетки; φ – угловое направление на главный максимум порядка m.При использовании эталона Фабри–Перо анализируется интерференционная картина за эталоном (фотографическим или фотоэлектрическим способом) и длина волны находится из соотношения:(1.11)nL cos j= mλ, где n – показатель преломления среды, заполняющей эталон; φ – угловое направление на интерференционный максимум порядка m; L – длина эталона.Для определения спектрального состава используется сканирующий интерферометр Фабри–Перо, у которого одно зеркало являетсяподвижным.
Излучение за интерферометром пропускается через осевую диафрагму небольшого диаметра, за которой установлен приемник излучения. Сигнал на выходе приемника возникает при условииnL= mλ , поэтому, изменяя L, находят длины волн, присутствующие визлучении. При использовании соотношений (1.10) и (1.11) возникаетзадача определения m, которая решается с помощью записи картины сизвестной длиной волны излучения.292. ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ2.1. Специфика лазерных оптических системПри применении лазеров на практике почти всегда возникает задача формирования лазерного пучка с целью получения заданных параметров. Например, формирование пучка с заданным распределениемплотности мощности в поперечном сечении, получение пучка с минимальной расходимостью, фокусирование излучения в пятно минимальных размеров и т.д.
Эти задачи решаются с помощью известных,обычных оптических элементов и систем. Однако, лазерные оптические системы обладают рядом особенностей, связанных со свойствамилазерного излучения.Известно, что лазерное излучение монохроматично. В связи с этимдействие (работа) оптических элементов может отличаться от работыэтих элементов с обычным (широкополосным) излучением. Например,коэффициент пропускания оптических материалов зависит от шириныспектра используемого излучения и может сильно отличаться для лазерного и обычного излучения. Поэтому при точных энергетическихрасчетах необходимо иметь данные не об интегральных, а о спектральных коэффициентах пропускания (особенно, когда длина оптическогопути в материале велика).В связи с монохроматичноτстью лазерного излучения увеличивается критичность работыузкополосных (интерференционных) светофильтров к внешнимусловиям: давлению, влажностиΔλсвети температуре.
В большинствеслучаев ширина полосы спектралазерного излучения во много разменьше ширины полосы пропуΔλлазскания даже узкополосного светоРис. 2.1. К определению действия фильтра (рис. 2.1). Вместе с тем,светофильтраположение центральной длины30волны и ширина полосы пропускания светофильтра зависят от указанных внешних условий. При этом коэффициент пропускания лазерногоизлучения светофильтром может измениться в несколько раз.Положение максимума и ширина полосы пропускания узкополосного светофильтра зависят также от угла падения на светофильтр параллельных лучей и от угла сходимости (расходимости) непараллельных лучей.
Очевидно, при использовании лазерного излучения в качестве полезного сигнала условия работы светофильтра сильно влияют накоэффициент пропускания.Свойство монохроматичности необходимо учитывать также приоценке работы нейтральных светофильтров, применяющихся для ослабления излучения. Коэффициент кратности светофильтра (число, показывающее, во сколько раз ослабляется прошедшее через светофильтризлучение) для лазерного излучения может сильно отличаться от коэффициента, измеренного по отношению к обычному излучению. Известно, что показатель преломления оптических материалов зависит отдлины волны излучения. В ГОСТе на оптическое стекло и в таблицахдля оптических кристаллов приводятся показатели преломления длядискретных длин волн, которые не совпадают с длинами волн излучения известных лазеров. Поэтому для лазерного излучения показателипреломления необходимо рассчитывать.
Наконец, монохроматичностьлазерного излучения приводит к тому, что в оптических системах отсутствуют хроматические аберрации.Когерентность лазерного излучения также отражается на работеоптических систем. В основном это связано с возможностью образования нежелательных интерференционных эффектов в некоторых оптических деталях. В ряде случаев необходимо выбирать толщину оптических деталей определенным образом и рассчитывать системы так,чтобы избежать появления интерференционных эффектов в плоскостинаблюдения (измерения).Интенсивность лазерного излучения может стать причиной разрушения оптических деталей и покрытий.
Поэтому при использованиимощных лазеров оптическую систему рассчитывают на лучевую прочность. Расчет заключается в определении плотности мощности (энергии) в критических сечениях пучка, совпадающих с поверхностьюили объемом оптических деталей. Полученную величину сравниваютс допустимой (пороговой) плотностью, которую обычно определяют31из эксперимента. Установлено, что оптическое стекло в зависимостиот марки характеризуется пороговой плотностью мощности порядка109…1010 Вт/см2, а порог разрушения покрытий, как правило, несколько порядков меньше.
Величина пороговой плотности зависит от маркистекла, качества обработки поверхности, длины волны излучения, длительности импульса и т.д.Поляризация лазерного излучения приводит к тому, что коэффициенты отражения от границы раздела двух сред зависят не только от углападения, но и от состояния поляризации.
Напомним, что существуют такие углы падения, при которых коэффициент отражения при определенном состоянии поляризации равен нулю (угол Брюстера). Если состояние поляризации выходного лазерного излучения желательно сохранитьи на выходе из оптической системы, то необходимо ее рассчитать такимобразом, чтобы углы падения не превышали критических значений, прикоторых состояние поляризации еще не меняется (до 10÷15º).При расчете оптических систем, формирующих лазерное излучение, наиболее важным является случай формирования одномодового имногомодового гауссова пучка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
