2014-02-09
1610
К пространственно энергетическим можно отнести следующие параметры и характеристики лазерного излучения.
Диаграмма направленности лазерного излучения, т. е. угловое распределение энергии или мощности лазерного излучения. Диаграмма направленности является наиболее полной пространственно-энергетической характеристикой лазеров, однако в связи непостоянством углового распределения вблизи излучающей апертуры, этой характеристикой обычно пользуются для описания лазерного пучка в дальней зоне лазерного излучения. За одну из границ дальней зоны принимают значение, превышающие d2/λ, где d – диаметр излучающей апертуры, λ – длинна волны лазерного излучения; другая граница лежит в бесконечности. У лазеров при выпуске из производства обычно нормируется расходимость пучка. Расходимость лазерного излучения Өр, Өs – это плоский или телесный угол, характеризующий ширину диаграммы направленности в дальней зоне по заданному уровню углового распределения энергии или мощности, определяемому по отношению к его максимальному значению. Чаще всего значение уровня принимают равным 0,5 е-1, е-2 (е – основание натурального логарифма). Строго говоря приведенное выше определение однозначно характеризует излучение только одномодового лазера. Тем не менее всегда можно измерить пространственное распределение интенсивности излучения в некоторых поперечных сечениях пучка лазерного излучения, из которого могут быть получены такие количественные характеристики, как расходимость пучков или диаметр пучка в данном сечении.
|
|
|
В некоторых случаях наиболее удобной характеристикой является энергетическая расходимость лазерного излучения (Өw,p; Өw,s), т. е. плоский или телесный угол, внутри которого распространяется заданная доля энергии или мощности лазерного излучения.
Пучок лазерного излучения также характеризует значение диаметра пучка, т. е. диаметр поперечного сечения пучка лазерного излучения, внутри которого проходит заданная доля энергии или мощности.
Известно несколько способов визуализации изображения распределения интенсивности импульсного излучения:
· методы фотографирования;
· методы оптоэлектронного преобразования;
· дифракционные методы.
Перечисленные способы визуализации изображения обладают общим недостатком – малым пространственным расширением по интенсивности и невозможностью получения информации об абсолютном распределении интенсивности.
В последнее время получили развитие абсолютные методы измерения распределения плотности мощности или энергии лазерного излучения. Для измерения плотности мощности и энергии излучения используют высокочувствительные абсолютные измерительные преобразователи в комплекте с калиброванной выходной диафрагмой малого диаметра. Распределение интенсивности излучения измеряют способом последовательного измерения плотности в различных фиксированных точках сечения пучка.
|
|
|
Для повышения оперативности таких измерений используют электромеханические сканирующие системы или матрицы требуемых размеров, набранные из измерительных преобразователей, обеспечивающих необходимое разрешение по сечению пучка.
Известен, например, автоматизированный измеритель распределения плотности энергии в поперечном сечении пучка излучения импульсных лазеров ИРЭ-100. Он содержит квадратную матрицу из ста калориметрических измерительных преобразователей, каждый из которых снабжен вторичным измерительным преобразователем на интегральных микро схемах, обеспечивающих коэффициент усиления 4,5·103 и пиковое детектирование импульсных сигналов при собственном уровни шумов около 1 мкВ в полосе частот 0,003 – 1 Гц. Опрос запоминающих конденсаторов производится электромеханическим коммутатором. В качестве аналого-цифрового преобразователя применяется цифровой вольтметр. Продолжительность регистрации значений символов по всем ста каналам посредствам цифропечатающего устройства составляет около 1 мин.
Для измерения расходимости излучения чаще всего применяют следующие методы:
· метод сечений;
· метод регистрации диаграммы направленности;
· метод фокального пятна.
Наиболее простым является метод двух сечений (рис 11.1 а). если в дальней зоне измерить диаметры пучков d1 d в дух поперечных сечениях, отстоящих одно от другого на расстоянии L то расходимость пучка можно определить из соотношения tgӨ=(d1-d)/2L. При малой расходимости и большом расстоянии L эта формула упрощается до вида Ө=d/2L.
Регистрацыя диаграммы направленности пзволяет получить наиболее полную инщормацию о пространственном распределении лазерного излучения (рис.11.1 б). Для измерения диаграммы направленности можно использовать фотодиод или ФЭУ(Ф), расположенный в дальней зоне, фотокатод которых закрыт диафрагмой с отверстиями малого диаметра. Перемещая фотодиод по дуге окружности радиусом R, регистрируют угловое распределение интенсивности излучения. Зная диаграмму направленности, можно расчитать энергитическую и угловую расходимость излучения.
