Методология корректных измерений пространственно-энергетических характеристик лазерных пучков

Рассмотрена методология корректных измерений пространственно-энергетических характеристик лазерного пучка. Методология построена на определении начальных моментов пространственного распределения интенсивности в поперечном сечении пучка. Приведена классификация участвующих в измерительном процессе полей излучения: излучаемое, измеряемое и измеренное. Показано, что применение ISO 11146:2005 «Lasers and laser-related equipment. Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios, Part 1-3» при измерении пространственно-энергетических характеристик лазерных пучков приводит к некорректным результатам измерений. Это происходит из-за того, что в рекомендациях к применению ISO 11146:2005 не учтён динамический диапазон применяемых матричных приёмников излучения, а интересующие пользователя характеристики излучаемого поля оказываются расходящимися, что нарушает единство измерений. При этом условия, обеспечивающие сходимость результатов, практически невыполнимы. Для решения указанных проблем предложено установить и регламентировать нижний уровень динамического диапазона измерений интенсивности применяемых матричных приёмников и рассматривать интересующие пользователя пространственно-энергетические характеристики излучаемого поля в зависимости от установленного значения нижнего уровня. Показано, что измерения при такой методологии становятся корректными и позволяют сравнивать характеристики лазерных пучков, полученные различными матричными приёмниками. Приведены формулы, учитывающие влияние нижнего уровня динамического диапазона матричных приёмников излучения на результат измерений. Эти формулы следует рекомендовать для включения в обновлённую редакцию ГОСТ Р ИСО 11146-2008 «Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений ширин, углов расходимости и коэффициентов распространения лазерных пучков. Части 1-3».

1. Рузин М. В. Измерение физической и геометрической расходимости лазерного пучка во времени // Фотоника. 2017. № 3. С. 48-53. https://doi.org/10.22184/1993-7296.2017.63.3.48.53

2. Lingqiang Meng, Qingqing Kong, Kunhao Ji, Zhigang Han, Hua Shen, Rihong Zhu, Results in Physics, 2019, voI. 12, pp. 38-45. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.11.044

3. Randall Hinton, Laser Beam Quality: Beam propagation and quality factors: A primer, Laser Focus World, 2019, available at: https://www.laserfocusworld.com/lasers-sources/artide/14036821/beam-propagation-and-quality-factors-a-primer (accessed: 29.04.2021).

4. Ананьев Ю. А. Еще раз о критериях «качества» лазерных пучков // Оптика и спектроскопия. 1999. Т. 86. № 3. С. 499-502.

5. Райцин А. М. Влияние ограниченной апертуры излучателя на характеристики ширины и угла расходимости лазерного пучка // Оптика и спектроскопия. 2019. Т 127. Вып. 5. С. 851-857. https://doi.org/10.21883/OS.2019.11.48527.149-19

6. Власов С. Н., Петрищев В. А., Таланов В. И. Усредненное описание волновых пучков линейных и нелинейных средах (метод моментов) // Радиофизика и квантовая электроника. 1971. Т. 14. № 9. С. 1353—1363.

7. Борн М., Вольф Э. Основы оптики / Пер. с англ.; под ред. Г. П. Мотулевич. М.: Наука, 1973. 720 с.

8. Климков Ю. М. Прикладная лазерная оптика. М.: Машиностроение, 1985. 124 с.

9. Гудмен Дж. Введение в фурье-оптику / Пер. с англ.; под ред. Г. И. Косоурова. М.: Мир, 1970. 364 с.

10. Райцин А. М. Определение пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения с учетом ограниченного динамического диапазона измерительного устройства // Измерительная техника. 2013. № 8. С. 23-27.