Como avaliar a qualidade do feixe de laser? (Parte 2)

Qualidade do Feixeé um dos principais parâmetros das características do feixe de laser. As pessoas costumam usar as palavras "alta diretividade, alto brilho, alta coerência" para resumir as características do feixe de laser, e a largura de linha do laser determina a coerência temporal do laser até certo ponto, a potência do laser está positivamente correlacionada com o brilho do laser , e a qualidade do feixe de laser está intimamente relacionada à diretividade do laser.

Portanto, a qualidade do feixe de laser tem um impacto importante na aplicação de comunicação a laser, transferência remota de energia, fabricação de laser e outros campos.

3. Strehl Rate

A relação de Streller é definida como a relação entre a intensidade de pico de luz de campo distante no eixo real do feixe e a intensidade de pico de luz no eixo de feixe ideal com a mesma potência e fase uniforme. Sua expressão é:

SR≈exp (-(2πδΥ λ)2) (5)

Onde, Δ- aberração de onda do feixe de laser, λ- comprimento de onda do laser. O fator de proporção de Streller reflete a intensidade de pico de luz no eixo de campo distante, que depende do erro da frente de onda e pode refletir a influência da distorção da frente de onda na qualidade do feixe.

Frequentemente usado em óptica atmosférica, é usado principalmente para avaliar o desempenho de sistemas de óptica adaptativa para melhorar a qualidade do feixe.

Streelby SR desempenha um papel importante na avaliação do efeito de correção óptica adaptativa de sistemas de armas a laser de alta energia. O sistema de armas a laser de alta energia consiste principalmente em dois subsistemas: laser de alta energia e dispositivo direcional de feixe.

Quando o sistema de armas a laser de alta energia tem uma correção óptica adaptativa, apenas a qualidade do feixe do feixe de saída do laser, a qualidade do feixe do feixe de saída do diretor do feixe e a qualidade do feixe do laser de alta energia para o superfície alvo não são suficientes para refletir a melhoria da qualidade do feixe do sistema adaptativo no transporte espacial de energia do laser de alta energia, devendo ser avaliada a qualidade do feixe do feixe antes e depois da correção adaptativa.

SR é usado para refletir a qualidade do feixe do ângulo de fase, que pode refletir melhor o desempenho do sistema adaptativo para corrigir a distorção da frente de onda. Através da medição e comparação de SR sob condições de circuito aberto e fechado do sistema óptico adaptativo, o desempenho de trabalho do sistema óptico adaptativo pode ser analisado e definido:

n=SRS 'n (6)

A fórmula acima pode refletir o efeito de correção da distorção da frente de onda pelo sistema óptico adaptativo. Na condição de operação em circuito fechado, o sistema óptico adaptativo também apresenta o problema de jitter, o que afetará seriamente a qualidade do feixe.

Com base na análise dos principais fatores que afetam a qualidade do feixe, o método de compensação de feedback zero e compensação de distorção de frente de onda é de grande importância prática para o controle de qualidade do feixe. No entanto, a proporção de Strehl reflete apenas o pico de intensidade de luz no eixo óptico de campo distante e não pode fornecer a distribuição de intensidade de luz relacionada à aplicação de energia.

Além disso, pode apenas refletir aproximadamente a qualidade do feixe e não pode fornecer um guia muito útil no projeto do sistema óptico.

4. Fator M

O fator M2 da qualidade do feixe de laser é reconhecido pela comunidade ótica internacional e recomendado pela Organização Internacional de Padronização (ISO). O fator M2 supera a limitação dos métodos comuns de avaliação da qualidade do feixe e é de grande importância usar o fator M2 como um padrão de avaliação para controle de qualidade e projeto auxiliar de sistemas laser.

O método de avaliação do fator M2 é frequentemente usado para o feixe de laser com distribuição de intensidade contínua na seção do feixe gerado por lasers de baixa potência. Como o segundo momento da viga é usado para definir a largura da viga, o instrumento de medição deve ser alto.

Na fórmula de brilho, o diâmetro da cintura do feixe de laser é usado para representar a área de luminância da fonte de luz ΔS{{0}}λd2o, o ângulo de divergência do campo distante do feixe de laser é usado para representar o ângulo sólido da luz source ΔΨ=14πθ2f, e o produto d0θf é expresso pelo fator M2, então a fórmula de brilho do feixe de laser pode ser expressa: B= pδs ·ΔΨ=P(M2)2· λ2(21) As características do feixe de laser podem ser expressas por diversos parâmetros, como potência, comprimento de onda e qualidade do feixe. O fator M2 de qualidade do feixe é um parâmetro essencial para caracterizar o alto brilho e a boa coerência espacial do feixe de laser.

A distribuição do campo de luz nos domínios espacial e de frequência é usada para representar o fator M2 de qualidade do feixe, ou seja, M2= 4πσs-σSv, pode-se saber que o fator M2 pode refletir as características da intensidade distribuição e distribuição de fase do campo de luz]. Comparado com outros métodos de avaliação, o fator M2 pode refletir melhor a essência da qualidade do feixe, tem forte universalidade e reflete integralmente a distribuição espacial da intensidade da luz.

O fator M2 não é adequado para avaliar a qualidade do feixe de um laser de alta energia. A cavidade ressonante do laser de alta energia é geralmente instável e o feixe de laser de saída é irregular, portanto não haverá "cintura óptica". Além disso, para um feixe de laser de alta energia com distribuição discreta de energia, o raio do ponto calculado pela definição do segundo momento está longe do real. O erro do fator M2 resultante é grande.

O fator M2 exige que a distribuição de intensidade da seção transversal do feixe não possa ter uma borda íngreme, por exemplo, para um "feixe super-Gaussiano" o fator M2 não é aplicável.

A definição e medição da qualidade do feixe de laser são desenvolvidas com a geração e desenvolvimento de lasers. Atualmente, a definição e a medição da qualidade do feixe de laser não chegaram a um consenso total e estão em um estado de "pesquisa e uso". No entanto, com o avanço da ciência do laser e o progresso da tecnologia, a definição e a medição da qualidade do feixe ainda enfrentam muitos novos problemas e desafios.

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