Способ измерения радиуса перетяжки лазерного гауссового пучка

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИУСА ПЕРЕТЯЖКИ ЛАЗЕРНОГО ГАУССОВОЙ) ПУЧКА, включающий расщепление измеряемого пучка на два, между которыми создают оптическую разность хода, совмещение пучков и регистрацию интерференционной картины, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности измерений измеряют амплитуды А, , А , переменной составлягацей сигнала от интерференционной картины при нулевой и известной разности хода л и определяют радиус со перетяжки по формуле А, „ где Х - длина волны лазерного излучения . 9) ч (О сл со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) 5р4 С 02 F 1 37 (21) 3391179/18-25 (22) 01. 12. 81 (46) 15.02.86. Бюл. Ф 6 (71) Симферопольский государственный университет им. М.В.Фрунзе (72) В.В.Нестеров (53) 535.8(088.8) (56) Власов Д.В. и др. Метод измерения параметр. в лазерных квазигауссовых пучков. Квантовая электроника, 1978. т. 5, У 11, с. 2457.

Власов Д.В. и др. Метод измерения параметров лазерных квазигауссовых пучков. Квантовая электроника, 1978, т. 5 Ф 1, с. 2458-2459.

; (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИУСА

ПЕРЕТЯЖКИ ЛАЗЕРНОГО ГАУССОВОГО ПУЧКА, включающий расщепление измеряемого пучка на два, между которыми создают оптическую разность хода, совмещение пучков и регистрацию интерференционной картины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений измеряют амплитуды переменной составляющей сигнала от интерференционной картины при нулевой и известной разности хода b u определяют радиус я, перетяжки по формуле где % — длина волны лазерного излучения.

1067953

Изобретение относится к области квантовой электроники и может использоваться для измерения геометрических параметров лазерных гауссовых пучков.

Лазерные пучки с квазигауссоным распределением интенсивности часто используются при проведении экспериментов в разных областях квантовой электроники. Для точной обработки результатов измерений необходимо с хорошей точностью знать геометрические параметры таких пучков.

Известен интерферометрический способ измерения радиуса перетяжки лазерного гауссового пучка, по которому исследуемый пучок падает наклонно на параллельную прозрачную пластинку, толщина которой существенно меньше радиуса дифракционной расходимости пучка. При отражении возникают два пучка одинаковой интенсивности, оси параллельны и смешены. Возникающая интерференционная картина представляет собой систему полос. Измеряя ширину интерференционных полос, рассчитывают радиус кривизны волнового фронта гауссового пучка. По известному радиусу кривизны волнового фронта пучка вблизи перетяжки можно рассчитать радиус дифракционной расходимости пучка и соответственно радиус пучка в перетяжке, а также угол дифракционной расходимости. При таком способе определения геометрических параметров лазерных пучков присутствует систематическая ошибка, обусловленная невысокой точностью измерения ширины интерференционных полос, которая может достигать десяти процентов, Наиболее близким к предлагаемому изобретению по постановке технической задачи и способу реализации является способ измерения радиуса перетяжки гауссового пучка с помощью интерферометра Майкельсона.

По таком способу исследуемый пучок пропускают через интерферометр Майкельсона, на выходе получают два пучка, оси которых совмещены, но перетяжки сдвинуты на величину, равную разности оптических путей двух плеч интерферометра. Измерения радиуса дифракционных колец, наблюдаемых в плоскости z, = a/2 между перетяжками, определяют радиус кривизны волнового фронта гауссового пучка. По величине сдвига перетяжки и измеренному значению радиуса кривизны волнового фронта вычисляют радиус перетяжки гауссоного пучка.

Недостатком этого способа является низкая точность определения величины радиуса перетяжки пучка, связанная с измерением диаметров интерференционных колец.

10 Целью преллагаемого способа является повышение точности измерения радиуса перетяжки лазерного гауссового пучка.

Поставленная цель достигается

15 тем, что в способе, включающем расщепление измеряемого пучка на два, между которыми создают оптическую разность хода, совмещение пучков по оптическим осям и регистрацию

20 интерференционной картины, измеряют амплитуды Я,, Я переменной составляющей сигнала от интерференционной картины при нулевой и известной разности хода, определяют радиус

25 Ф, перетяжки по формуле

30 где Ъ вЂ” длина волны излучения.

На чертеже изображено устройство для реализации предлагаемого способа.

Исследуемый пучок 1 поступает иа светоделительный куб 2, на котором расщепляется на два пучка 3, 4 с одинаковыми геометрическими параметрами. Пучок 4 отражается от неподвижного зеркала 5 и на светоделитель40 ном кубе 2 совмещается с пучком 3, отраженным от зеркала 6. Получаемые в результате интерференции полосы регистрируются фотоприемником 7, диаметр фотокатода которого больше

45 диаметра интерференционной картины.

Величина сигнала регистрируется амперметром 8. Подвижное зеркало 5 позволяет получить между интерферен-. ционными пучками необходимую оптическую разность хода.

Распределение амплитуды поля вдоль оси Е для гауссового лазерного пучка имеет вид

55 E(I=, 1 ехР а „, 1 о с У (1) 3 1067953 4 где E (7,) — амплитуда попя вдоль оси; Затем измеряют амплитуду интерференР— мощность лазерного пучка; ционного сигнала д2 при: разности (z1 — радиус гауссового пучка; хода в плечах интерферометра рави, — радиус перетяжки гауссо- ной д вого пучка; Амплитуду переменной части ин— волновое число; терференционного сигнала А измеряют A — длина волны излучения например, следующим образом. лазера. Расстояние между перетяжками д

Устройство работает следующим изменяется на малую величину образом. 1О (порядка нескольких длин волн). В

В результате наложения двух гаус- пределах одного периода интерференсовых пучков 3 и 4 с одинаковыми ционного сигнала измеряется максигеометрическими параметрами, с пере- мальное значение фототока „ „, и тяжками разнесенными друг относи- минимальное значение Л „„., далее .тельно друга на расстояние д, амп- 15 величина " вычисляется по формуле литуда переменной составляющей интер- А = (3 „, -3 „„ )2. ференционного сигнала в соответствии Зная д, А,, Я с помощью (2) с (1) равна вычисляют са

4 Р, Р

А 2 7 2д2 гр2 +

20

Ид= (3) (2)

Способ позволяет повысить точ-.

Редактор П. Горькова Техред М.Пароцай Корректор Л. Пилипенко

Заказ 657/2

Тираж 502

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 где А — амплитуда переменной составляющей интерференционного сигнала; — квантовая эффективность фотоприемника;

Р,,Р— мощность интерференционных пучков; д — разность оптического пути в плечах интерферометра;

, — радиус перетяжки гауссового пучка.

Вначале измеряют амплитуду интерференционного сигнала нулевой разнос,ти хода в плечах интерферометра А, ность измерения радиуса перетяжки гауссового пучка за счет высокой точности изменения амплитуды переменной части интерференционного сигнала. Особенно высокую точность

30 при использовании описанного способа можно получить при измерении радиуса перетяжки порядка длины волны. Кроме того, появляется возможность автоматизировать процесс измерения, что особенно важно при использовании способа для контроля геометрических параметров гауссова пучка °