Методы измерения угла расходимости

При определении расхождения лазерного пучка необходимо различать структуру поля в ближней и дальней зонах. Дифракция на выходной апертуре, рассеивание на неоднородностях активной среды и зеркал, некогерентная компонента излучения и т. п. дадут в ближней зоне смесь плоских и сферических волн (френелева область). Сильно расходящуюся компоненту будем характеризовать дифракционным улом.

Как видно из рис. 6, на расстоянии эта компонента отфильтровывается, т. е. выходит за пределы основного канала пучка. Остается компонента с почти плоским фронтом волны, поле излучения которой хорошо описывается приближением Фраунгофера.

Таким образом, при имеем «ближнюю зону» пучка (френелева область), а при имеем “дальнюю зону” пучка (фраунгоферовская область).

Расхождение лазерного пучка определяется структурой поля излучения в дальней зоне. Однако в лабораторных условиях проводить измерения в дальней зоне без применения дополнительных оптических элементов невозможно, т. к. l₀ довольно большое. Например, для D = 4 мм и l = 6328 получаем l₀» 25 м. Кстати, величина D характеризует диаметр пучка и может быть меньшей, чем диаметр активного элемента, как это показано на рис. 6.

Рис.6. Ближняя и дальняя зоны лазерного пучка.

Для моды TEM₀₀ асимптоты, ограничивающие угол расхождения в дальней зоне, совпадают с линиями равных амплитуд. Для поперечных мод высших порядков (ТЕМ_mn) они совпадают с линиями максимальных амплитуд [6].

Последние, как показали экспериментальные наблюдения [4, 7], остаются одинаковыми как в дальней, так и в ближней зонах. Поэтому при m, n > 0 угол расхождения можно определить в любой зоне обычным методом поперечников.

Если измерить расстояние между максимумами крайних мод при двух положениях экрана, то. (25)

Найденные таким методом q соответствуют действительным значениям угла расхождения [6]. Для повышения точности измерений желательно Dl брать как можно большим в пределах лаборатории.