17. Пространственная структура выходных лазерных пучков, способы ее изменения и измерения ее характеристик (формы, размеров, распределения интенсивности).

Как видно из приведенных схем возможности изменения формы и распределения мощности в выходных пучках весьма ограничены. Наиболее распространенной является форма пучка в виде круга или кольца. Распределение интенсивности – Гаусово или многомодовое, многомодовое близко к прямоугольному. Для того чтобы получить требуемую форму пучка на поверхности обработки, а тем более получить различное распределение необходимо применять различные оптические системы. Но, тем не менее, информация о форме выходных пучков и распределении мощности по их поперечному сечению является важной для контроля настройки оборудования и проектирования фокусирующих систем.

Методы измерения формы и пространственного распределения выходных пучков

Наиболее простым способом контроля является применение различных мишеней из керамики, дерева, оргстекла. Часть применяют азбест, что делать категорический запрещено – канцероген. Предпочтительным материалом является огнеупорный кирпич. Этот способ позволяет, только качественно и весьма приблизительно оценить форму и распределение.

Применение оргстекла позволяет получить трехмерное распределение интенсивности в пучке, но также позволяет провести только качественную оценку.

Значительно более эффективными являются приборные способы измерения:

1. способ зеркального конуса.

2.Устройство представляет собой вращающееся колесо со спицами, образующими при вращении несколько конических концентрических поверхностей. Каждая поверхность образуется зеркальной спицей смещенной относительно друг друга параллельно вдоль оси вращения на определенный шаг. На оси вращения колеса расположены приемники отраженного от зеркальной поверхности спиц лазерного излучения их количество может быть три и более. При количестве спиц 8, датчиков 3 за один оборот колеса производится измерение интенсивности излучения в 24 точках лежащих на одном из диаметров поперечного сечения луча.

Недостаток – возможность контроля вдоль одной оси.

Другим вариантом устройства не имеющего этого недостатка является

2. устройство типа вращающаяся зеркальная спица (Вильяма Стина).

Устройство представляет собой зеркальную спицу в поперечном сечении, имеющую круг или квадрат. Спица вращается в плоскости перпендикулярной оси лазерного пучка, непрерывно пересекая поперечное сечение луча. При этом в поперечном сечении луча можно найти в определенный момент времени две точки, которые лежат одновременно на поверхности спицы и принадлежат начальным точкам двух взаимно перпендикулярных диаметров поперечного сечения луча, по осям х-х и у-у. От зеркальных участков спицы принадлежащих этим точкам во все стороны отражается падающее лазерное излучение. Если выделить из всех отраженных лучей луч, распространяющийся по нормали к поверхности спицы, то можно заметить, что все лучи распространяющиеся по нормали от других участков поверхности спицы, как бы скользящих вдоль спицы по диаметру луча все пересекутся в одной точку пространства. Точно также все лучи, отраженные от зеркального участка спицы, принадлежащему второй точке другого диаметра скользящего снизу вверх, при вращении спицы, также все пересекутся, но в другой точке пространства. Если в этих точках разместить два приемника излучения с диафрагмами, то можно за один проход спицы на экране осциллографа одновременно наблюдать два диаметральных распределения интенсивности лазерного излучения. Если вращать спицу с частотой больше 20 Гц, то на экране осциллографа можно наблюдать квазинепрерывный сигнал, что позволяет подстраивать резонатор лазера, осуществлять контроль формы и пространственного распределения интенсивности.

3. Метод сканирования подвижной диафрагмой

Работа устройства: ЛИ после резонатора отклоняется плоским зеркалом – затвором на измеритель (или анализатор). Измеритель содержит неподвижную водоохлаждаемую диафрагму, имеющую систему взаимно перпендикулярных сквозных отверстий Ø0,1 – 1 мм, через которые проходит часть излучения. Остальное излучение поглощается поверхностью диафрагмы. Прошедшее через отверстие излучение имеет возможность концентрироваться на соответствующем пироэлектрическом датчике системы крестообразно расположенных датчиков. Прохождению излучения к датчикам препятствует подвижная металлическая бесконечная лента. В ленте выполнена система отверстий, расположенных с определенным шагом под углом 45­­⁰ к направлению движения. При попадании этой системы отверстий в апертуру лазерного пучка последовательно открываются датчики лежащие на одной и второй диаметральных осях пучка. За один проход ленты сканируется одновременно распределение интенсивности по двум осям х-х и у-у. Количество датчиков, соответствующее количеству отверстий в неподвижной и подвижной диафрагмах определяют точность измерения распределений.