Качество лазерного пучка. Пример измерения.

 

В советской практике качество лазерного пучка стандартами не регламентировалось и, как правило, оценивалось «в дифракциях». Например, выражение «в пучке три дифракции» означало, что расходимость пучка в три раза больше дифракционной. При этом подразумевалось, что расходимость исследуемого пучка уже «очищена» от геометрической составляющей, поскольку в противном случае «количество дифракций» могло быть чрезмерно большим и давать явно заниженную оценку качества пучка. Оценка дифракционной расходимости производилась с использованием модели идеального излучателя с соответствующей выходной апертурой. В частности, для излучателя с круглой апертурой со значением диаметра пучка на выходной апертуре лазера D и длиной волны λ дифракционная расходимость определялась по формуле:

В пределах этого угла (первого темного кольца на картине Эйри) содержится 84% полной энергии излучения.

 

Что касается расходимости, то она измерялась по уровню интенсивности 0,135 (1/е2) от максимальной, исходя из тех соображений, что в пределах этого угла (по крайней мере для Гауссова пучка) содержится практически такая же доля (86,5%) энергии.

 

Современные международные стандарты явно тяготеют к рекомендациям для исследований преимущественно Гауссовых пучков и группируются, в основном, вокруг двух оценок качества: ВРР и М ².

ВРР (beam parameter product - произведение параметров пучка), определяется как произведение диаметра пучка в перетяжке на полный угол раходимости излучения (мм мрад). (Примечание: В некоторых источниках параметр ВРР определяют как произведение радиуса пучка в перетяжке на половину угла расходимости, т.е. величину в четыре раза меньшую. Поэтому, с целью исключения ошибки, лучше уточнить, что имеется в виду).

 

На практике измерение ВВР проводят с помощью фокусировки пучка безаберрацонной линзой.

Чем ВРР меньше, тем лучше качество пучка, т.е. тем под меньшим углом (на большем расстоянии) его можно собрать в меньшее по размеру пятно.

 

Оба сомножителя должны измеряться по второму моменту. ВРР явно зависит от длины волны и в дифракционном пределе равен 4λ/π.(два луча предельно высокого -дифракционного качества с длинами волн 10,6 мкм и 1,064 мкм по параметру ВРР отличаются на порядок -13,5 мм мрад для первого и 1,355 мм мрад для второго).

 

Параметр М ², также называемый параметром распространения пучка, в соответствии со стандартомГОСТ Р ИСО 11146-1-2008 является наиболее используемым при проведении сопоставительного анализа различных лазеров. Его значение определяется путем деления параметра ВРР на дифракционный предел 4λ/π. Таким образом, снимается зависимость параметра качества пучка от длины волны и он становится безразмерной величиной, показывающей во сколько раз он больше параметра дифракционно-ограниченного пучка с этой же длиной волны. Таким образом, М ² позволяет выразить расходимость пучка с диаметром перетяжки d следующим образом:

При дифракционной расходимости М², естественно, равен 1,0.