Способ измерения радиуса перетяжки лазерного гауссового пучка Советский патент 1986 года по МПК G02F1/37 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может испол зоваться для измерения геометрическ параметров лазерных гауссовых пучко Лазерные пучки с квазигауссовым рас прецелением интенсивности часто используются при проведении экспериментов в разных областях квантовой электроники. Для точной обработки результатов измерений необходимо с хорошей точностью знать геометричес кие параметры таких пучков. Известен интерферометрический способ измерения радиуса перетяжки лазерного гауссового пучка, по которому исследуемый пучок падает наклонно на параллельную прозрачную пластинку, толщина которой существе но меньше радиуса дифракционной рас ходимости пучка. При отражении возникают два пучка одинаковой интенсивности, оси параллельны и смешены. Возникающая интерференционная картина представляет собой систему полос. Измеряя ширину интерферениконных полос, рассчитывают радиус кривизны волнового фронта гауссово го пучка. По известному радиусу кри визны волнового фронта пучка вблизи перетяжки можио рассчитать радиу дифракционной расходимости пучка и соответственно радиус пучка в перетяжке, а также угол дифракционной расходимости. При таком способе определения геометрических параметров лазерных пучков присутствует систематическая ошибка, обусловленная невысокой точностью измерения ширины интерференционных полос, кот рая может достигать десяти процентов. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по постановке технической задачи и способу реализации является способ измерения радиуса перетяжки гауссового пучка с помощь интерферометра Майкельсона. По таком способу исследуемый пучок пропускают через интерферометр Майкельсона, на выходе получаю два пучка, оси которых совмещены, но перетяжки сдвинуты на величину д равную разности оптических путей двух плеч интерферометра. Измерения радиуса дифракционных колец, наблюдаемых в плоскости Z и/2 между перетяжками, определяют радиус кривизны волнового фронта гауссового пучка. По величине сдвига перетяжки и измеренному значению радиуса кривизны волнового фронта вычисляют радиус перетяжки гауссового пучка. Недостатком этого способа является низкая точность определения величины радиуса перетяжки пучка, связанная с измерением диаметров интерференционных колец. Целью предлагаемого способа является повышение точности измерения радиуса перетяжки лазерного гауссового пучка. Поставленная цель достигается тем, что в способе, включагацем расщепление измеряемого пучка на два, между которыми создают оптическую разность хода, совмещение пучков по оптическим осям и регистрацию интерференционной картины, измеряют амплитуды А, , А переменной составляющей сигнала от интерференционной картины при нулевой и известной разности хода л , определяют радиус Vfg перетяжки по S-ff-lft ft где Л - длина волны излучения. На чертеже изображено устройство для реализации предлагаемого способа. Исследуемый пучок 1 поступает на светоделительный куб 2, на котором расщепляется на два пучка 3,4с одинаковыми геометрическими параметрами. Пучок 4 отражается от неподвижного зеркала 5 и на светоделительном кубе 2 совмещается с пучком 3, отраженным от зеркала 6. Получаемые в результате интерференции полосы регистрируются фотоприемником 7, диаметр фотокатода которого больше диаметра интерференционной картины. Величина сигнала регистрируется амперметром 8. Подвижное зеркало 5 позволяет получить между интерференционными пучками необходимую оптическую разность хода. Распределение амплитуды поля вдоль оси Z для гауссового лазерного пучка имеет вид .г 7 1 Z -х i7 , ,

где E{z) - амплитуда поля вдоль оси; Р - мощность лазерного пучка; co(zl - радиус гауссово го пучка; сОо - радиус перетяжки гауссово го пучка; k - волновое число; А - длина волны излучения

лазера.

Устройство работает следующим образом.

В результате наложения двух гаусcoBbtx пучков 3 и 4 с одинаковь1ми геометрическими параметрами, с перетяжками разнесенными друг относительно друга на расстояние д , амплитуда переменной составляющей интерференционного сигнала в соответствии с (1) равна

«лг

4

А амплитуда переменной составляющей интерференционного сигнала; квантовая эффективность

е фотоприемника;

Р, . мощность интерференционные пучков;

& - разность оптического . пути в плечах интерферометра;

too радиус перетяжки гауссово го пучка.

Вначале измеряют амплитуду интеренционного сигнала нулевой разносхода в плечах интерферометра Л) .

Затем измеряют амплитуду интерференционного сигнала А при. разности хода в плечах интерферометра равной л .

Амплитуду переменной части интерференционного сигнала А измеряют например, следующим образом.

Расстояние мезвдУ перетяжками л изменяется на малую величину

(порядка нескольких длин волн). В пределах одного периода интерференционного сигнала измеряется максимальное значение фототока J

акс

минимальное значение 3

д,,„., далее величина А вычисляется по формуле

А

( Макс

)2.

-а,

с помощью (2)

Зная д

. Аг

вычисляют МI -AI л

1ЫМХ

(3)

Способ позволяет повысить точность измерения радиуса перетяжки гауссового пучка за счет высокой точности изменения амплитуды переменной части интерференционного сигнала. Особенно высокую точность при использовании описанного способа можно получить при измерении радиуса перетяжки порядка длины волны. Кроме того, появляется возможность автоматизировать процесс измерения, что особенно важно при использовании способа для контроля геометрических параметров гауссова пучка.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИУСА ПЕРЕТЯЖКИ ЛАЗЕРНОГО ГАУССОВОЙ) ПУЧКА, включающий расщепление измеряемого пучка на два, между которыми создают оптическую разность хода, совмещение пучков и регистрацию интерференционной картины, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности измерений измеряют амплитуды А, , А , переменной составлягацей сигнала от интерференционной картины при нулевой и известной разности хода л и определяют радиус со перетяжки по формуле А, „ где Х - длина волны лазерного излучения . 9) ч (О сл со