Измерение параметров лазерного пучка с использованием жидких кристалов




Одной из новых методик измерения параметра качества является использование жидких кристаллов [138]. Пучок света, а особенно пучок мощного лазера, изменяет свойства некоторых материалов, в том числе и коэффициент преломления. Следовательно, измерение профиля коэффициента преломления непосредственно дает профиль плотности энергии лазерного пучка, и проблема восстановления профиля плотности энергии сводится к конструированию интерферометрического прибора, который позволит бы определить, поперечную фазовую модуляцию после взаимодействия пучка с нелинейной средой [138].

Однако нет необходимости делать интерферометр для измерения нелинейного фазового отклонения пучка. Преломление пучка линзой, как изображено на рис.2.9, приводит к формированию областей, которые позволяют определить величину нелинейной модуляции фазы и её профиль, что делает возможным полностью охарактеризовать пучок.

Жидкие кристаллы обладают такими свойствами, которые позволяют использовать их в нелинейной оптической схеме для измерения плотности мощности. Взаимодействие таких кристаллов с лазерным пучком не приводит к нагреванию. Поэтому жидкие кристаллы можно ставить в фокус мощного лазерного пучка, что позволяет охарактеризовать фокальное пятно. Нелинейные оптические измерения интенсивности также могут применяться к пучкам со сравнительно низкой мощностью, например, к гелий-неоновому или диодному лазерам.

Таким образом, каждый из рассмотренных методов обладает своими достоинствами и недостатками. Например, метод движущегося ножа неприменим к импульсным лазерам. Для использования перечисленных выше альтернативных методов требуются специальные приспособления и приборы, зачастую дорогостоящие, лазерное излучение должно быть стабильно в течении всего периода сканирования. Кроме того поправочный коэффициент С использующийся для расчета диаметра пучка при помощи формулы (2.38), справедлив лишь для пучков с параметром качеств <4[130]. Для анализа функции Вигнера необходимо обеспечить сложный математический аппарат. Таким образом, наиболее дешевым и простым в реализации способом измерения параметров лазерного пучка является способ, предложенный в международном стандарте ISO11146 [130] и основанный на измерении моментов интенсивности пучка (§.2.1.1). Разработке прибора, реализующего такой способ измерения параметров пучка, посвящён следующий параграф.

§2.1.3. - датчик для измерения степени фокусировки пучка

 

Для оценки “степени фокусировки” бфл разработан прибор, так называемый - датчик.

Конструкция -датчика представлен на рис 2.10. Прибор состоит из следующих частей:

1. ослабляющие фильтры;

2. фокусирующая линза;

3. детектирующая система для регистрации распределения интенсивности;

4. юстировочный столик для крепления и точного перемещения детектирующей системы (3) вдоль оси распространения лазерного пучка;

5. компьютер;

Лазерное излучение фокусируется при помощи линзы (2). Далее распределение интенсивности регистрируется детектирующей системой (3) в нескольких сечениях, расположенных до и после фокальной плоскости линзы, данные вводятся в компьютер (5) для вычисления диаметров пучка d. Затем найденное значения диаметров d, а так же соответствующее расстояния z от линзы до плоскости измерения диаметра, аппроксимируются параболой в соответствии с формулами (2.23) и вычисляются кожффициенты A,B,C. Для определения параметра качества используется формула (2.29)

Поскольку выходной сигнал детектирующей системы должен линейно зависеть от значений мощности поступающего лазерного излучения, в качестве детектора предлагается использовать ПЗС-камеру [139-143]. Современные ПЗС-камеры имеют хорошие фотометрические показатели, высокую линейность преобразования, невысокий уровень собственных шумов. Часто в состав ПЗС-камер включают устройство управления временем экспозиции кадра [142], что позволяет в случае анализа непрерывного излучения более точно настроить чувствительность ПСЗ-камеры. Некоторые типы камер имеют возможность работы с внешними синхронигналом (тригтерный режим) [142-143], что даёт возможность использовать такие камеры для анализа импульсного излучения. Кроме того, ПЗС-камеры компактны, легко устанавливаются в оптическую схему, имеют удобное крепление. Выбор ПЗС-камеры в качестве устройства передачи изображения распределения интенсивности в компьютер зависит от характера лазерного излучения и требований к быстродействию системы. Для обеспечения реакции системы на уровне сотен герц возникает необходимость в использовании высокопроизводительных цифровых камер. В данной работе рассматривается - датчик, обеспечивающий измерения с частотой не более 25 Герц, что обусловлено применением ПЗС-камер обычного телевизионного стандарта.

В случае, когда выходная лазерная мощность или плотность мощности превышает верхний предел рабочего диапазона или порог повреждения детектора, для уменьшеня плотности мощности лазерного излучения на поверхности детектора должны использоваться поглощающие фильтры (1)(рис.2.10).

Полагая, что выходное зеркало исследуемого лазера является плоским, можно предложить упрощённую схему измерений параметра (рис.2.11). Установка состоит из ПЗС-камеры 2 и двух линз 3,4. Для измерения диаметра перетяжка пучка может использоваться фокусирующая линза 4 с фокусным расстоянием F,расположенная на расстоянии 2F от выходного отверстия лазера. Согласно известным оптическим принципам, изображение перетяжки будет располагаться на расстоянии 2F от линзы (рис.2.11). Чтобы измерить угол расходимости θ, устанавливается линза 3 с фокусным расстоянием 2F, в фокальной плоскости которой измеряется диаметр сфокусированного пучка .Угол расходимости вычисляется согласно (2.20). вычисляется по формуле (2.10).

 

Важно отметить, что расстояние между лазером и линзой, а также между линзой и ПЗС-камерой, остаётся одинаковым (2F) для обоих измерений, что значительно упрощает эксперимент: положение элементов установки остаётся неизменным.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-07-22 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: