¿Cómo evaluar la calidad del rayo láser? (Parte 2)

Calidad del hazes uno de los parámetros centrales de las características del rayo láser. Las personas generalmente usan las palabras "alta directividad, alto brillo, alta coherencia" para resumir las características del rayo láser, y el ancho de línea del láser determina la coherencia temporal del láser hasta cierto punto, la potencia del láser se correlaciona positivamente con el brillo del láser , y la calidad del rayo láser está estrechamente relacionada con la directividad del láser.

Por lo tanto, la calidad del rayo láser tiene un impacto importante en la aplicación de la comunicación láser, la transferencia remota de energía, la fabricación láser y otros campos.

3. Tasa Strehl

La relación de Streller se define como la relación entre la intensidad de luz máxima de campo lejano en el eje del haz real y la intensidad de luz máxima en el eje del haz ideal con la misma potencia y fase uniforme. Su expresión es:

SR≈exp (-(2πδΥ λ)2) (5)

Donde, Δ- aberración de onda del rayo láser,λ- longitud de onda del láser. El factor de relación de Streller refleja la intensidad máxima de la luz en el eje de campo lejano, que depende del error del frente de onda y puede reflejar la influencia de la distorsión del frente de onda en la calidad del haz.

A menudo utilizado en óptica atmosférica, se utiliza principalmente para evaluar el rendimiento de los sistemas de óptica adaptativa para mejorar la calidad del haz.

Streelby SR juega un papel importante en la evaluación del efecto de corrección óptica adaptativa de los sistemas de armas láser de alta energía. El sistema de armas láser de alta energía consta principalmente de dos subsistemas: láser de alta energía y dispositivo direccional de haz.

Cuando el sistema de armas láser de alta energía tiene una corrección óptica adaptativa, solo la calidad del haz del haz saliente del láser, la calidad del haz del haz saliente del director del haz y la calidad del haz del láser de alta energía al La superficie del objetivo no es suficiente para reflejar la mejora de la calidad del haz del sistema adaptativo en el transporte espacial de energía del láser de alta energía, y se debe evaluar la calidad del haz antes y después de la corrección adaptativa.

SR se utiliza para reflejar la calidad del haz desde el ángulo de fase, que puede reflejar mejor el rendimiento del sistema adaptativo para corregir la distorsión del frente de onda. A través de la medición y comparación de SR en condiciones de bucle abierto y cerrado del sistema óptico adaptativo, se puede analizar y definir el rendimiento de trabajo del sistema óptico adaptativo:

n=SRS 'n (6)

La fórmula anterior puede reflejar el efecto de corrección de la distorsión del frente de onda por el sistema óptico adaptativo. En la condición de funcionamiento de bucle cerrado, el sistema óptico adaptativo también tiene el problema de la fluctuación, que afectará gravemente a la calidad del haz.

Basado en el análisis de los principales factores que afectan la calidad del haz, el método de compensación de retroalimentación cero y compensación de distorsión del frente de onda tiene una gran importancia práctica para el control de calidad del haz. Sin embargo, la relación de Strehl solo refleja la intensidad de luz máxima en el eje óptico de campo lejano y no puede dar la distribución de intensidad de luz correspondiente a la aplicación de energía.

Además, solo puede reflejar aproximadamente la calidad del haz y no puede proporcionar una guía muy útil en el diseño del sistema óptico.

4. Factor M

El factor M2 de la calidad del rayo láser está reconocido por la comunidad óptica internacional y recomendado por la Organización Internacional de Normalización (ISO). El factor M2 supera la limitación de los métodos comunes de evaluación de la calidad del haz y es de gran importancia utilizar el factor M2 como estándar de evaluación para el control de calidad y el diseño auxiliar de los sistemas láser.

El método de evaluación del factor M2 se utiliza a menudo para el haz láser con distribución de intensidad continua en la sección del haz generado por láseres de baja potencia. Debido a que el segundo momento de la viga se usa para definir el ancho de la viga, se requiere que el instrumento de medición sea alto.

En la fórmula de brillo, el diámetro de la cintura del rayo láser se usa para representar el área de luminancia de la fuente de luz ΔS{{0}}λd2o, el ángulo de divergencia del campo lejano del rayo láser se usa para representar el ángulo sólido de la luz fuente ΔΨ=14πθ2f, y el producto d0θf se expresa mediante el factor M2, entonces la fórmula de brillo del rayo láser se puede expresar: B= pδs ·ΔΨ=P(M2)2· λ2(21) Las características del rayo láser se pueden expresar mediante varios parámetros, como la potencia, la longitud de onda y la calidad del rayo. El factor M2 de la calidad del haz es un parámetro esencial para caracterizar el alto brillo y la buena coherencia espacial del haz láser.

La distribución del campo de luz en los dominios espacial y frecuencial se utiliza para representar el factor M2 de la calidad del haz, es decir, M2= 4πσs-σSv, se puede saber que el factor M2 puede reflejar las características de la intensidad distribución y distribución de fase del campo de luz]. En comparación con otros métodos de evaluación, el factor M2 puede reflejar mejor la esencia de la calidad del haz, tiene una fuerte universalidad y refleja integralmente la distribución espacial de la intensidad de la luz.

El factor M2 no es adecuado para evaluar la calidad del haz de un láser de alta energía. La cavidad resonante del láser de alta energía es generalmente inestable y el rayo láser de salida es irregular, por lo que no habrá "cintura óptica". Además, para un rayo láser de alta energía con distribución de energía discreta, el radio del punto calculado por la definición del segundo momento está lejos del real. El error del factor M2 resultante es grande.

El factor M2 requiere que la distribución de intensidad de la sección transversal del haz no pueda tener un borde pronunciado, por ejemplo, para un "haz supergaussiano", el factor M2 no es aplicable.

La definición y medición de la calidad del rayo láser se desarrollan con la generación y desarrollo de láseres. En la actualidad, la definición y medición de la calidad del rayo láser no han alcanzado un consenso completo y se encuentran en un estado de "investigación y uso". Sin embargo, con el avance de la ciencia del láser y el progreso de la tecnología, la definición y medición de la calidad del haz todavía enfrenta muchos problemas y desafíos nuevos.

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