Прикладная лазерная оптика - Климков Ю.М.
Скачать (прямая ссылка):
/;) + [ )
1 4(*1+АЛ)« + Я*1
Рл ~ 4 (/') Л
Если перетяжка пучка, сформированного первым компонентом, совпадает с фокальной плоскостью второго компонента, то х2=0 и
f * \ 2 Р2
/1 \ 31
гп = ККхПЩ+Кх)
9'8
Таким образом, чем больше величина хи тем меньше у л по сравнению с Гт. Однако при увеличении х, (а следовательно, и lit) увеличивается размер пятна на первом компоненте, что нежелательно из-за необходимости увеличения либо фокусного расстояния, либо относительного отверстия первого компонента.
Как следует из изложенного материала, достижение малых расходимостей связано с необходимостью иметь большие размеры перетяжки коллимированного пучка, а значит, и большие размеры выходного компонента. Расчет расходимости по приведенным выше формулам возможен только при условии, что диаметр оправы выходного компонента (выходного зрачка) более чем в 2,2 раза превышает диаметр пучка. Если степень ограничения пучка диафрагмой круглой формы меньше 2,2 или если пучок ограничивается диафрагмой кольцевой формы, выбор и расчет коллимирующей системы следует проводить по другой методике.
Как было показано в п. 2 гл. 3, при ограничении параметры диаграммы направленности зависят от амплитудно-фазового распределения поля на выходном компоненте. Поэтому, если параметры диаграммы направленности заданы, то прежде всего надо найти распределение поля, обеспечивающее требуемую диаграмму направленности. Следующей задачей является согласование этого распределения с распределением поля источника-лазера. При этом обычно ставится задача обеспечить минимум потерь энергии в коллимирующей системе за счет дифракции, экранирования и ограничения. Исходя из сказанного выше, можно предложить следующую методику выбора и расчета оптической системы.
Этап I.
1. Определение степени ограничения лазерного пучка выходным компонентом. Выбор степени ограничения должен обеспечить минимум энергетических потерь и близкие к максимальным значения коэффициента усиления и коэффициента направленного действия при заданных размерах пучка или размерах диафрагмы (оправы выходного компонента). Значения a2/w при заданном диаметре выходного компонента 2о2 и коэффициенте экранирования Ь, при которых достигается максимальное значение коэффициента усиления, выбирают с помощью формул (51) и (52). Если экранирование пучка контрзеркалом отсутствует (круглая диафрагма), то b принимают равным нулю.
2. Определение границы дальней зоны. Для выбранной степени ограничения расстояние, соответствующее дальней зоне, определяют из условияг>2фР, где 2фР находят из выражения для н2 п таблицы (п. 4 гл. 3).
3. Определение дифракционных коэффициентов по заданному уровню снижения интенсивности. Коэффициенты дифракции находят из п. 2 гл. 3. Для диафрагмы кольцевой формы они определяются с помощью графиков (см. рис. 21). Найденные значения коэффициентов соответствуют выбранному и обусловленному уровню снижения интенсивности в диаграмме направленности. При необходимости определения дифракционных коэффициентов по произвольному уровню снижения интенсивности это может быть сделано расчетами на ЭВМ по алгоритму (46). Приравнивая I(v)=ml(0), где т соответствует заданному уровню снижения интенсивности, получим кд = и. Расчет I(v) можно провести по приближенной формуле (42).
4*
99
4. Расчет доли полной энергии и коэффициентов дифракции по заданному уровню содержания энергии. Долю полной энергии в пучке, соответствующую коэффициентам дифракции, определенным по заданному уровню снижения интексшшости, для выбранной в п. 1 степени ограничения находят из л. 2 гл. 3. Значения коэффициентов дифракции, определенных из условия содержания 86% энергии, находят из цифровых данных на стр. 58. Напомним, что оценка параметров пучка по уровню содержания 86% энергии имеет смысл только при a/w^0,8.
Коэффициенты дифракции по заданному уровню содержания энергии определяют с помощью табл. 1.
Если требуется определить долю полной энергии, соответствующую коэффициенту дифракции, не указанному в табл. 1, или определить коэффициенты дифракции по произвольному уровню содержания энергии, то их можно рассчитать методом численного интегрирования на ЭВМ по алгоритмам (44) и (47). При этом должно выполняться условие
Л (кд)
-~ у - ' 100 = п% ’
А (со)
где Д(схз) — полная энергия излучения в дальней зоне; /; — заданный уровень содержания энергии.
5. Расчет расходимости и энергии пучка. Расходимость определяют с помощью выражения (43) для выбранного (заданного) коэффициента дифракции. При степени ограничения менее 0,2 коэффициент дифракции по первому лепестку диаграммы направленности /сд=1,22, соответствующая ему доля энергии Д—83,8%. При необходимости определения л~д по произвольному уровню распределения энергии расчеты проводят по формуле Эйри. При степени ограничения более 2,2 расчет параметров диаграммы направленности производят по формулам для неограниченного пучка. Например, для уровня содержания энергии 86%
0 = Я/ЯЕ?'0,
где wo — размер перетяжки лазерного пучка за выходным компонентом.
6. Коррекция выбранной степени ограничения, а. Если полученная расходимость превышает заданную, то следует увеличить размер лазерного пучка в плоскости выходного компонента и тем самым уменьшить степень ограничения. При этом расходимость уменьшится, но увеличатся потери и уменьшится коэффициент усиления. Энергетические потери при изменении степени ограничения оценивают с помощью формул (51), (52).
