Влияние ограничения на параметры лазерного пучка




 

Любая оптическая система ограничивает размеры гауссова пучка, так как гауссово распределение теоретически бесконечно, а оптиче-ские детали имеют конечные размеры. Ограничение пучка, естествен-но, приводит к появлению дифракционных эффектов. Дифракционные эффекты будут искажать закономерности формирования пучка оптиче-ской системой. Логично предположить, что роль дифракционных эф-фектов зависит от степени ограничения пучка, т.е. от соотношения раз-меров ограничивающей диафрагмы (апертуры) и размеров пучка в пло-скости этой диафрагмы. Можно показать, что дифракционные эффекты начинают заметно сказываться при размере апертуры, меньшем в два раза размера пучка, определенного по уровню 1/ е 2. Если (D/ 2)/ w > 2, то систему можно считать имеющей бесконечно большие размеры. В реальной оптической системе (при (D/ 2)/ w < 2) те параметры пучка, которыми он характеризуется при отсутствии ограничения, утрачивают свое значение. Исходный пучок теперь должен определяться распреде-лением амплитуды и фазы в плоскости ограничивающей диафрагмы, а выходной пучок – дифракционными эффектами, т.е. на некотором рас-стоянии от плоскости ограничения пучок будет характеризоваться диф-ракционным распределением амплитуды и фазы поля. Общую картину пучка за ограничивающей диафрагмой можно представить следующим образом. Непосредственно за диафрагмой существует область про-странства, в которой вид относительного распределения поля меняется в зависимости от расстояния (ближняя зона). За ней следует область, в которой вид относительного распределения поля остается неизменным (дальняя зона). В ближней зоне нас интересует вопрос о распределении поля в некоторой плоскости, а в дальней зоне – о распределении поля по угловым направлениям, т.е. вид диаграммы направленности лазер-ного излучения.

 

Известно, что в неограниченном гауссовом пучке происходит мо-нотонное затухание интенсивности на оси пучка. При ограничении монотонный характер затухания нарушается. Непосредственно за огра-ничивающей диафрагмой возникает область осцилляции осевой интен-сивности – так называемая реактивная зона (рис. 2.9).

 

Протяженность области осцилляции и их амплитуда являются функциями диаметра диафрагмы, длины волны и степени ограничения. В непосредственной близости от плоскости ограничения амплитуда


 


I (0, z)

 

I (0,0)неогр

3,0

 

 

(D/ 2)/ w= 0,6

 

2,0

 

1,0

 

 

0,1 0,2 0,3 z λ  
Рис. 2.9. Зона осцилляции   π(d/ 2)2  
     

 

I норм

 

1,0

 

(D/ 2)/ w= 1,4

 

(D/ 2)/ w= 0,2 (D/ 2)/ w= 1,8

 

(D/ 2)/ w= 2,2

0,5

 

(D/ 2)/ w= 1,0

 

(D/ 2)/ w= 0,8

 

0,5 1,0 K Д

 

Рис. 2.10. Вид распределений интенсивности при различных степенях ограничения пучка


 


осцилляции постоянна, затем она становится переменной и, наконец, характеризуется монотонным затуханием.

 

Что касается диаграммы направленности, то ее вид также зависит от степени ограничения (D/ 2)/ w. При (D/ 2)/ w = 2,5, что соответствует уменьшению поля на краях апертуры с осью в 100 раз (20 дБ), дости-гается практически полное совпадение распределения интенсивности

 

с кривой Гаусса. При уменьшении степени ограничения гауссовский характер распределения искажается, в распределении появляются ну-левые минимумы, причем, чем меньше (D/ 2)/ w, тем меньше величина углового положения этих минимумов (рис. 2. 10).

 

Ширину диаграммы направленности характеризуют угловым на-правлением на точку, в которой интенсивность уменьшается в некото-рое число раз по сравнению с максимальным значением (на оси пучка):

= K ÄÈÔ D λ.

 


Величина K ÄÈÔ зависит от выбранного уровня снижения интен-сивности. В табл. 2.1 приведены значения K ÄÈÔ по положению нуле-вых минимумов и по спаду интенсивности в е 2 раз. При (D/ 2)/ w ≤ 0,2

 

диаграмма направленности соответствует дифракции однородного пуч-ка и распределение рассчитывается по формуле Эйри.

Т а б л и ц а 2.1

 

(D/ 2) /w 0,2 0,6 1,0 1,4 1,8 2,2
K ÄÈÔ,0 1,22 1,28 1,43 1,74 3,42 3,73
K ÄÈÔ,1/e2 0,51 0,53 0,57 0,62 0,71 0,83

 


 


 



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: 2019-06-03 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: