Comment évaluer la qualité du faisceau laser ? (Partie 2)

Qualité du faisceauest l'un des paramètres de base des caractéristiques du faisceau laser. Les gens utilisent généralement les mots "haute directivité, haute luminosité, haute cohérence" pour résumer les caractéristiques du faisceau laser, et la largeur de raie laser détermine la cohérence temporelle du laser dans une certaine mesure, la puissance laser est positivement corrélée avec la luminosité du laser , et la qualité du faisceau laser est étroitement liée à la directivité du laser.

Par conséquent, la qualité du faisceau laser a un impact important sur l'application de la communication laser, du transfert d'énergie à distance, de la fabrication laser et d'autres domaines.

3. StrehlRate

Le rapport Streller est défini comme le rapport de l'intensité lumineuse maximale en champ lointain sur l'axe du faisceau réel à l'intensité lumineuse maximale sur l'axe du faisceau idéal avec la même puissance et la même phase uniforme. Son expression est :

SR≈exp (-(2πδΥ λ)2) (5)

Où, Δ- aberration d'onde du faisceau laser, λ- longueur d'onde laser. Le facteur de rapport de Streller reflète l'intensité lumineuse maximale sur l'axe du champ lointain, qui dépend de l'erreur de front d'onde et peut refléter l'influence de la distorsion du front d'onde sur la qualité du faisceau.

Souvent utilisé en optique atmosphérique, il sert principalement à évaluer les performances des systèmes d'optique adaptative pour améliorer la qualité du faisceau.

Streelby SR joue un rôle important dans l'évaluation de l'effet de correction optique adaptative des systèmes d'armes laser à haute énergie. Le système d'arme laser à haute énergie se compose principalement de deux sous-systèmes : un laser à haute énergie et un dispositif directionnel de faisceau.

Lorsque le système d'arme laser à haute énergie a une correction optique adaptative, seules la qualité du faisceau du faisceau sortant du laser, la qualité du faisceau du faisceau sortant du directeur de faisceau et la qualité du faisceau du laser à haute énergie vers le surface cible ne sont pas suffisantes pour refléter l'amélioration de la qualité du faisceau du système adaptatif dans le transport spatial d'énergie du laser à haute énergie, et la qualité du faisceau du faisceau avant et après la correction adaptative doit être évaluée.

SR est utilisé pour refléter la qualité du faisceau à partir de l'angle de phase, ce qui peut mieux refléter les performances du système adaptatif pour corriger la distorsion du front d'onde. Grâce à la mesure et à la comparaison de SR dans des conditions de boucle ouverte et fermée du système optique adaptatif, les performances de fonctionnement du système optique adaptatif peuvent être analysées et définies :

n=SRS 'n (6)

La formule ci-dessus peut refléter l'effet de correction de la distorsion du front d'onde par le système optique adaptatif. Dans la condition de fonctionnement en boucle fermée, le système optique adaptatif a également le problème de la gigue, qui affectera sérieusement la qualité du faisceau.

Sur la base de l'analyse des principaux facteurs affectant la qualité du faisceau, la méthode de compensation de la rétroaction nulle et de compensation de la distorsion du front d'onde est d'une grande importance pratique pour le contrôle de la qualité du faisceau. Cependant, le rapport de Strehl ne reflète que le pic d'intensité lumineuse sur l'axe optique en champ lointain, et ne peut pas donner la distribution d'intensité lumineuse concernée par l'application d'énergie.

De plus, il ne peut refléter qu'approximativement la qualité du faisceau et ne peut pas fournir un guide très utile dans la conception de systèmes optiques.

4. Facteur M

Le facteur M2 de qualité du faisceau laser est reconnu par la communauté optique internationale et recommandé par l'Organisation internationale de normalisation (ISO). Le facteur M2 surmonte la limitation des méthodes courantes d'évaluation de la qualité du faisceau, et il est très important d'utiliser le facteur M2 comme norme d'évaluation pour le contrôle de la qualité et la conception auxiliaire des systèmes laser.

La méthode d'évaluation du facteur M2 est souvent utilisée pour le faisceau laser avec une distribution d'intensité continue dans la section du faisceau généré par des lasers de faible puissance. Étant donné que le deuxième moment du faisceau est utilisé pour définir la largeur du faisceau, l'instrument de mesure doit être haut.

Dans la formule de luminosité, le diamètre de taille du faisceau laser est utilisé pour représenter la zone de luminance de la source lumineuse ΔS{{0}}λd2o, l'angle de divergence du champ lointain du faisceau laser est utilisé pour représenter l'angle solide de la lumière source ΔΨ=14πθ2f, et le produit d0θf est exprimé par le facteur M2, alors la formule de luminosité du faisceau laser peut être exprimée : B= pδs ·ΔΨ=P(M2)2· λ2(21) Les caractéristiques du faisceau laser peuvent être exprimées par plusieurs paramètres, tels que la puissance, la longueur d'onde et la qualité du faisceau. Le facteur M2 de qualité du faisceau est un paramètre essentiel pour caractériser la haute luminosité et la bonne cohérence spatiale du faisceau laser.

La distribution du champ lumineux dans les domaines spatial et fréquentiel est utilisée pour représenter le facteur M2 de qualité du faisceau, c'est-à-dire M2= 4πσs-σSv, on peut savoir que le facteur M2 peut refléter les caractéristiques de l'intensité distribution et distribution de phase du champ lumineux]. Comparé à d'autres méthodes d'évaluation, le facteur M2 peut mieux refléter l'essence de la qualité du faisceau, a une forte universalité et reflète intégralement la distribution spatiale de l'intensité lumineuse.

Le facteur M2 ne convient pas pour évaluer la qualité du faisceau d'un laser à haute énergie. La cavité résonnante du laser à haute énergie est généralement instable et le faisceau laser de sortie est irrégulier, il n'y aura donc pas de "taille optique". De plus, pour un faisceau laser à haute énergie avec une distribution d'énergie discrète, le rayon du spot calculé par la définition du deuxième moment est loin du réel. L'erreur résultante du facteur M2 est importante.

Le facteur M2 exige que la distribution d'intensité de la section transversale du faisceau ne puisse pas avoir un bord raide, par exemple, pour un "faisceau super-gaussien", le facteur M2 n'est pas applicable.

La définition et la mesure de la qualité du faisceau laser sont développées avec la génération et le développement des lasers. À l'heure actuelle, la définition et la mesure de la qualité du faisceau laser n'ont pas fait l'objet d'un consensus complet et sont à l'état de "recherche et d'utilisation". Cependant, avec la percée de la science laser et les progrès de la technologie, la définition et la mesure de la qualité du faisceau sont toujours confrontées à de nombreux nouveaux problèmes et défis.

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