Comment évaluer la qualité du faisceau laser ? (Partie 1)

Qualité du faisceau laserest un indice technique important du laser, et les caractéristiques du laser sont évaluées du point de vue qualitatif. Cependant, pendant longtemps, il n'y a pas eu de définition exacte de la qualité du faisceau et aucune méthode de mesure standard n'a été établie, ce qui a entraîné des inconvénients pour la recherche et l'application scientifiques.

En 1988, AE Seigman a introduit un paramètre de facteur de qualité du faisceau de quantités sans dimension, qui décrivait la qualité du faisceau laser de manière plus scientifique et raisonnable et a été adopté par le projet de norme ISO/TC172/SC9/WG1 en 1991. La recherche et la mesure de la qualité du faisceau laser factor est également devenu un haut lieu de la recherche ces dernières années.

Les méthodes couramment utilisées pour évaluer la qualité du faisceau sont :

Les facteurs multiples de limite de diffraction d'origine, le rapport de Streier, le rapport circonférence-énergie, le facteur M2 ou son facteur K réciproque (facteur de transmission du faisceau), la définition de différentes qualités de faisceau correspond à différents objectifs d'application, reflétant l'accent mis sur la qualité du faisceau est également différent. La qualité du faisceau doit être évaluée en fonction de l'objectif spécifique de l'application.

La qualité du faisceau est un moyen important d'évaluer les caractéristiques d'un laser en termes de qualité, qui joue un rôle important dans la conception, la fabrication, la détection et l'application du laser. Il est très important de discuter de la manière de perfectionner l'universalité des facteurs de qualité du faisceau, d'analyser les facteurs affectant la qualité du faisceau et de les contrôler.

Pour analyser la précision de la télémétrie laser à longue portée et de l'altimétrie laser, la mesure de la qualité du faisceau est un lien important, en particulier la distribution d'énergie du faisceau et la taille de la divergence Angle et largeur du faisceau, l'influence sur l'écho de télémétrie est plus évidente , et le facteur de qualité du faisceau laser peut refléter la qualité du laser de télémétrie et améliorer la précision de la mesure.

1. La diffraction originale limite plusieurs facteurs

Les multiples facteurs limites de diffraction d'origine sont définis comme le rapport de l'angle de divergence en champ lointain du faisceau réel mesuré à l'angle de divergence en champ lointain du faisceau idéal, et son expression est =θ/θ{{3 }} (1)

L'angle d'émission en champ lointain θ est déterminé par la formule asymptotique θ=limz→∞/w(z)z, et w(z) est la largeur de la tache lumineuse et z est la position correspondante de la lumière place. Dans le cas où l'approximation paraxiale et la diffraction d'ouverture sont négligeables, la largeur de faisceau w(z) dans l'espace libre satisfait l'équation de transmission suivante :

w2(z)=w20 plus (M2)2 (λ/(πw0))2 (Z-Z0)2 (2)

Où z{{0}} est l'emplacement de la taille w0. Pour un faisceau gaussien idéal, la largeur de spot w(z) est définie par la largeur à la valeur maximale d'intensité lumineuse 1/e2, et la taille de spot définie contient 86,5 % de la puissance totale du faisceau gaussien .

Le facteur limite de diffraction d'origine convient principalement pour évaluer le faisceau laser qui vient d'être émis par le résonateur laser, et peut raisonnablement évaluer la qualité du faisceau en champ proche. Il s'agit d'un indice de performance statique décrivant la qualité du faisceau du système laser et ne prend pas en compte les effets de la diffusion atmosphérique, de la turbulence et du halo thermique sur le laser.

Dans le système d'arme de contre-mesure laser, le est principalement déterminé par le L du système d'arme laser sortant du faisceau et le d du faisceau dans la direction du faisceau

2= 2L plus 2D (3)

Il fournit une base pour évaluer la qualité du faisceau des systèmes d'armes laser à haute énergie.

La mesure de la valeur dépend de la mesure précise de l'angle de divergence en champ lointain du faisceau, en raison des facteurs du laser lui-même et de l'influence de nombreux facteurs dans le processus de transmission du faisceau laser, de sorte que la distribution d'intensité de la distance -le faisceau de champ contient plus de composantes de fréquence spatiale d'ordre élevé, l'intensité du laser est atténuée en utilisant le CCD pour mesurer la largeur de la tache, il est difficile de détecter la composante d'ordre élevé de la tache, la distribution d'intensité spatiale relative est très bon Il est difficile de refléter la composante d'ordre supérieur du spot, et la valeur obtenue ne peut pas vraiment refléter la perte d'énergie causée par la dispersion d'ordre supérieur. Ses exigences de mesure précises pour le système de détection sont élevées, et il n'est pas adapté à l'évaluation du faisceau transmis sur une longue distance.

2. Rapport d'énergie annulaire

Le rapport d'énergie annulaire, également connu sous le nom de rapport de puissance de surface cible (ou baril), est défini comme la racine du rapport de l'énergie (ou puissance) annulaire idéale du point lumineux dans la taille spécifiée à l'énergie annulaire réelle (ou puissance) de la tache lumineuse dans la même taille. Son expression est

BQ=P Idéal P mesuré

Ou test idéal réel BQ=EE (4)

La valeur BQ est utilisée pour évaluer la qualité du faisceau en champ lointain pour les applications de fourniture d'énergie et de couplage, combinée à la concentration d'énergie du faisceau sur la cible.

La différence entre la valeur BQ et la valeur est qu'elle contient des facteurs atmosphériques, et c'est un indice complet pour décrire la qualité du faisceau du point de vue de l'application d'ingénierie et de l'effet des dommages et un indice dynamique des systèmes d'armes laser affectés par l'atmosphère. La valeur BQ est directement liée à la qualité du faisceau et à la densité de puissance, qui est le reflet de la concentration d'énergie, et a une signification très pratique pour l'étude du couplage d'énergie et de l'effet de dommage entre le laser à haute intensité et la cible.

La description de la répartition spatiale de l'intensité lumineuse dans un seul barillet est insuffisante, et le choix du faisceau idéal doit être clairement défini. Du point de vue de l'application technique, l'onde plane solide avec la taille du miroir principal du système de lancement d'arme laser est sélectionnée comme faisceau idéal avec une méthode relativement simple et pratique.

Pour les armes laser à "destruction dure", la taille standard doit être la plus petite possible, nécessitant une densité de puissance de crête plus élevée, la taille standard au diamètre principal du miroir principal du système de lancement D correspondant à la taille limite de diffraction est plus appropriée , il contient 84% de l'énergie totale émise par le système, pour les armes laser "soft kill", nécessite une part d'énergie plus élevée dans la plage de surface cible, une densité de puissance moyenne plus élevée La taille de spécification peut être sélectionnée comme la taille de la destruction cible.

La valeur BQ est souvent mesurée par différentes méthodes de mesure d'énergie de trou limitée et des systèmes de détection qui peuvent mesurer la distribution d'énergie absolue dans l'espace, nécessitant un puissant détecteur à matrice lumineuse ou un instrument à disque cible pouvant recevoir directement un laser à haute énergie.

Il est souvent utilisé pour évaluer la qualité des faisceaux laser intenses, mais parce que les lasers à haute puissance, tels que le fluorure d'hydrogène (HF), le fluorure de deutérium (DF) et les lasers chimiques oxygène-iode (COIL), adoptent généralement un structure de la cavité, le faisceau de sortie n'est pas un faisceau gaussien, il existe certaines incertitudes dans la mesure de la qualité du faisceau laser généré par les lasers à cavité non stable.

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