RP Фотоника Энциклопедия

1. Ближнее и дальнее поле лазерных лучей
2. Ограничения для фокусировки лазерных лучей
3. Экспериментальная характеристика лазерных лучей
4. Переключение лазерных лучей
5. Список используемой литературы

В большинстве случаев лазер излучает свет в виде лазерного луча. Это означает, что свет преимущественно распространяется в определенном направлении, как правило, с большей частью оптическая сила сосредоточены на небольшой площади порядка квадратного миллиметра.

Лазерные лучи часто близки к Гауссовы лучи где поперечный профиль оптическая интенсивность пучка можно описать с помощью гауссовой функции, ширина которой изменяется вдоль направления распространения. Это изменение размера луча может быть очень небольшим для лучей большой ширины или очень быстрым для плотно сфокусированных лучей.

Рисунок 1: Снимок распределения электрического поля вокруг фокуса Гауссов луч , В этом примере радиус луча только немного больше, чем длина волны, и расходимость луча сильный.

Как правило, лазерные лучи проявляют высокую степень пространственного согласованность , что связано с высоким качество луча , В результате такие лучи проявляют хорошую фокусируемость и возможность формирования коллимированные лучи с очень низким расходимость луча ,

Когда лазерный луч попадает на какой-либо объект (например, заготовку при лазерной обработке материала), приходящая оптическая интенсивность также называется интенсивность излучения ,

Распространение Гауссовы лучи можно рассчитать с помощью набора относительно простых уравнений. Для балок с неидеальным качество луча можно использовать обобщенный набор уравнений, который также включает в себя так называемый коэффициент качества пучка М 2 , В этом случае вопросы не могут предсказать детальную эволюцию профиля луча, а только радиус луча на основе второго момента профиля интенсивности (метод D4σ).

Лазерные лучи часто имеют небольшой оптический пропускная способность так что временная согласованность тоже высоко. Часто нежелательным последствием высокого уровня согласованности является тенденция к формированию лазерная спекл узоры.

оптическая сила лазерного луча может почти не изменяться при распространении в прозрачной среде или быстро затухать при поглощении или рассеяние Средняя. Неоднородные среды (т.е. среды с локально изменяющимися показатель преломления ) также может искажать формы лазерных лучей. Это может произойти, например, из-за тепловых эффектов, таких как тепловая линза в получить средний ,

Некоторые лазеры излучают непрерывно , но лазерный луч также может состоять из быстрой последовательности импульсы со многими миллионами или даже миллиардами импульсов в секунду (→ частота повторения импульсов ).

Большинство лазерных лучей линейно поляризованный электрическое поле колеблется в определенном направлении, перпендикулярном направлению распространения. Однако некоторые лазеры излучают свет с неопределенным флуктуирующим состоянием поляризации.

Лазерный луч видимого света с достаточно высокой мощностью может быть виден при распространении в воздухе. Это связано с тем, что крошечная часть оптической силы рассеивается частицами пыли и / или флуктуациями плотности в воздухе и поэтому может достигать наблюдательного глаза. Когда лазерный луч попадает на какой-либо рассеивающий свет объект, такой как белый экран, на этом экране видно гораздо более яркое пятно, поскольку большая часть оптической мощности рассеивается в этой точке.

Ближнее и дальнее поле лазерных лучей

Под ближним полем лазерного луча понимается область вокруг луч талия (Фокус). Дальнее поле относится к профилю луча вдали от талии луча, т. Е. На расстоянии от фокуса, которое является большим по сравнению с эффективным Длина рэлея , Профиль напряженности дальнего поля раскрывает детали расходимость луча , который в ближнем поле можно получить только при измерениях волнового фронта. Поскольку зачастую нецелесообразно получить прямой доступ к дальней зоне, можно использовать фокусировку объектив (или зеркало), чтобы получить профиль интенсивности в его фокальная плоскость который показывает уменьшенную версию паттерна дальнего поля.

Ограничения для фокусировки лазерных лучей

Лазерные лучи могут быть использованы для передачи оптической энергии в довольно маленькие пятна или с низким расходимость луча на большие расстояния. Тем не менее, существуют ограничения, которые включают в себя оптические длина волны , качество луча и поперечный размер используемой фокусировки или коллимационный оптика. Некоторые из этих ограничений обсуждаются ниже, всегда предполагая распространение луча в однородной среде (то есть, без дополнительных искажений луча на пути).

Если лазерный луч сфокусирован на пятно ( луч талия ) с радиус луча W 0, он имеет определенный расходимость луча угол, который обратно пропорционален радиусу поясного луча и пропорционален длине оптической волны в Коэффициент М 2 :

Используемая фокусирующая оптика должна быть в состоянии справиться с таким количеством расходимости луча; ограничение этого вытекает из ограниченного числовая апертура оптики. Кроме того, если фокус должен иметь большое расстояние от фокусирующей оптики и / или радиус поясного луча мал или качество луча низкое, радиус луча в фокусирующей оптике обязательно будет достаточно большим. Соответственно большой открытый апертура оптики не требуется. Такие факторы могут на практике установить нижний предел достижимого радиуса луча в фокусе или верхний предел допустимого Коэффициент М 2 луча.

В некоторых случаях оптимизируют радиус луча в фокусе луча так, чтобы радиус луча на определенном расстоянии от фокуса был как можно меньше. Для этого нужно выбрать радиус поясного луча таким образом, чтобы эффективный Длина рэлея луча равна указанному расстоянию передачи. Результирующий радиус луча в удаленном положении будет тогда в ≈1,41 раза больше радиального луча.

Если отправляемый луч не должен фокусироваться на фокусирующей оптике, фокус следует поместить посередине между оптикой и удаленной точкой. В идеале эффективная длина Рэлея будет тогда равна половине расстояния передачи. Радиус луча в точке расстояния будет таким же, как в фокусирующей оптике, и в ≈1,41 раза больше, чем в фокусе луча.

Например, если лазерный луч Гаусса на длине волны 1064 нм должен быть отправлен на Луну (расстояние 380 000 км), чтобы осветить там небольшое пятно, идеальный радиус луча в фокусе будет равен 8 м, так что длина Рэлея равна 190 000 км. Радиус луча в фокусирующей оптике и на Луне тогда будет 11,3 м. Если используется отправка телескоп не может быть таким большим, освещенное место на луне будет больше.

При создании фокуса луча на некотором расстоянии от некоторой фокусирующей оптики с ограниченной открытой диафрагмой возможный радиус луча талии будет увеличиваться при увеличении этого расстояния. Кроме того, есть максимум на это расстояние; в крайнем случае, расстояние равно эффективному Длина рэлея луча, и получающийся радиус поясного луча будет меньше, чем радиус луча в фокусирующей оптике на квадратный корень из 2 (≈1.41). Таким образом, можно легко рассчитать длину Рэлея на основе начального радиуса луча и, следовательно, максимального расстояния фокусировки.

Экспериментальная характеристика лазерных лучей

Существуют различные устройства и методы для характеристики лазерного луча в различных отношениях; см. статью на характеристика лазерного луча ,

Для многих лазерные аппликации Важно иметь надлежащие средства для диагностики пучка, так как с такими приборами можно выявить множество возможных проблем.

Переключение лазерных лучей

Если лазерный луч нежелателен в определенные моменты времени - например, для безопасность причины - в принципе можно просто выключить лазер. Это не всегда практично, однако. В некоторых случаях применяется какой-то затвор луча , с помощью которого луч может быть заблокирован при необходимости. Переключение также может быть автоматизировано, например, для автоматической блокировки луча при открытом корпусе лазера.

Список используемой литературы

[1] Х. Когельник, Т. Ли, «Лазерные лучи и резонаторы», Appl. Оптик 5 (10), 1550 (1966) [2] А.Е. Зигман, «Определение, измерение и оптимизация качества лазерного луча», Proc. SPIE 1868, 2 (1993) [3] А.Е. Зигман, Лазеры , Университетские научные книги, Милл-Вэлли, Калифорния (1986)

(Предложите дополнительную литературу!)

Смотрите также: характеристика лазерного луча , свет лазера , коллимированные лучи , согласованность , качество луча , Гауссовы лучи , расходимость луча , колебания луча , поляризация света , лазерная спекл , профилировщики луча , powermeters , В центре внимания статья 2010-04-08
и другие статьи в категориях общая оптика , лазеры

Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею с друзьями и коллегами, например, через социальные сети:

Похожие

Комментарии