Способ измерения радиуса перетяжки лазерного гауссового пучка

(71) Симферопольский государственный университет им. М.В.Фрунзе (72) В.В.Нестеров(56) Власов Д.В. и др. Метод измерения параметр,дв лазерных квазигауссовых пучков. Квантовая электроника, 1978, т. 5, У 11, с. 2457.Власов Д.В. и др. Метод измерения параметров лазерных квазигауссовых пучков. Квантовая электроника, 1978, т, 5 У 1, с. 2458-2459.; (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАПИУСА ПЕРЕТЯЖКИ ЛАЗЕРНОГО ГАУССОВОГО ПУЧКА включающий расщепление измеряемого пучка на два, между которыми создаютоптическую разность хода, совмещениепучков и регистрацию интерференционной картины, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностиизмерений измеряют амплитудыпеременной составляющей сигнала отинтерференционной картины при нулевой и известной разности хода Ь иопределяют радиус я, перетяжки поформуле длина волны лазерного излучения.Изобретение относится к области квантовой электроники и может использоваться для измерения геометрических параметров лазерных гауссовых пучков. Лазерные пучки с квазигауссоным распределением интенсивности часто используются при проведении экспериментов в разных областях квантовой электроники. Для точной обработки результатов измерений необходимо с хорошей точностью знать геометрические параметры таких пучков.Известен интерферометрический способ измерения радиуса перетяжки лазерного гауссового пучка, по которому исследуемый пучок падает наклонно на параллельную прозрачную пластинку, толщина которой существенно меньше радиуса дифракционной расходимости пучка. При отражении возникают два пучка одинаковой интенсивности, оси параллельны и смешены. Возникающая интерференционная картина представляет собой систему полос. Измеряя ширину интерференЬионных полос, рассчитывают радиус кривизны волнового фронта гауссового пучка. По известному радиусу кривизны волнового фронта пучка вблизи перетяжки можно рассчитать радиус 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, кото. 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 помощью интерферометра Майкельсона. По таком способу исследуемый пучок пропускают через интерферометр Майкельсона, на выходе получают два пучка, оси которых совмещены, но перетяжки сдвинуты на величину Ь, равную разности оптических путей двух плеч интерферометра. Измерения радиуса дифракционных колец, наблюдаемых в плоскости х = й /2 между перетяжками, определяют радиус кривизны волнового фронта гауссового пучка. По величине сдвига перетяжкии измеренному значению радиуса кривизны волнового фронта вычисляютрадиус перетяжки гауссоного пучка, 5 Недостатком этого способа являетсянизкая точность определения величинырадиуса перетяжки пучка, связаннаяс измерением диаметров интерференционных колец.10 Целью предлагаемого способа является повышение точности измерениярадиуса перетяжки лазерного гауссового пучка.Поставленная цель достигается 15 тем, что в способе, включающемрасщепление измеряемого пучка надва, между которыми создают оптическую разность хода, совмещение пучков по оптическим осям и регистрацию 20 интерференционной картины, измеряютамплитуды Я А переменной составляющей сигнала от интерференционнойкартины при нулевой и известнойразности хода Ь , определяют радиус 25 Ъ,перетяжки по формуле 30где Ъ - длина волны излучения.На чертеже изображено устройстводля реализации предлагаемого способа,Исследуемый пучок 1 поступает иасветоделительный куб 2, на которомрасщепляется на два пучка 3, 4 содинаковыми геометрическими параметрами. Пучок 4 отражается от неподвижного зеркала 5 и на светоделитель.40 ном кубе 2 совмещается с пучком 3,отраженным от зеркала 6. Получаемыев результате интерференции полосырегистрируются фотоприемником 7,диаметр фотокатода которого больше45 диаметра интерференционной картины.Величина сигнала регистрируетсяамперметром 8. Подвижное зеркало 5позволяет получить между интерферен-.ционными пучками необходимую оптическую разность хода,Распределение амплитуды полявдоль оси Е для гауссового лазерногопучка имеет видЭ 1067953 4 где Г(е 1 - амплитуда попя вдоль оси; Затем измеряют амплитуду интерферен - мощность лазерного пучка; ционного сигнала Я при разностибд(к 1 - радиус гауссового пучка; хода в плечах интерферометра рави, - радиус перетяжки гауссо- ной ьвого пучка; Амплитуду переменной части ин - волновое число; терференционного сигнала Я измеряют3 - длина волны излучения например, следующим образом.лазера. Расстояние между перетяжками ьУстройство работает следующим изменяется на малую величину Е образом. 1 О (порядка нескольких длин волн). ВВ результате наложения двух гаус- пределах одного периода интерференсовых пучков 3 и 4 с одинаковыми ционного сигнала измеряется макси- геометрическими параметрами, с пере- мальное значение фототока, и тяжками разнесенными друг относи- минимальное значение 3 ., далее .тельно друга на расстояние Ь , амп величина Я вычисляется по формуле литуда переменной составляющей интер- " = Р мкс мн )2Ференционного сигнала в соответствии Зная а, Я, , Я с помощью (2) с (1) равна вычисляют Я 4 ГР, РЯграр ц4+ 20 Ид= 3 Техред М,Пароцай Корректор Л. Пилипен Редактор П. Горько акаэ 657 Тираж 5 Подписи ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная где Я - амплитуда переменнойсоставляющей интерференционного сигнала;- квантовая эффективностьфотоприемника;мощность интерференционных пучков;Ь - разность оптическогопути в плечах интерферометра;И, - радиус перетяжки гауссового пучка.Вначале измеряют амплитуду интерференционного сигнала нулевой разнос,ти хода в плечах интерферометра Способ позволяет повысить точ- .ность измерения радиуса перетяжкигауссового пучка за счет высокойточности изменения амплитуды переменной части интерференционногосигнала. Особенно высокую точность 30при использовании описанного способа можно получить при измерениирадиуса перетяжки порядка длиныволны. Кроме того, появляется возможность автоматизировать процессизмерения, что особенно важно прииспользовании способа для контролягеометрических параметров гауссовапучкае