كيف تقيم جودة شعاع الليزر؟ (الجزء الأول)

جودة شعاع الليزرهو مؤشر تقني مهم لليزر ، ويتم تقييم خصائص الليزر من الناحية النوعية. ومع ذلك ، لفترة طويلة ، لم يكن هناك تعريف دقيق لجودة الحزمة ، ولم يتم إنشاء طريقة قياس قياسية ، مما تسبب في إزعاج البحث العلمي والتطبيق.

في عام 1988 ، قدم AE Seigman معلمة عامل جودة شعاع الكميات بلا أبعاد ، والتي وصفت جودة شعاع الليزر بشكل أكثر علمية ومعقولة وتم اعتمادها من خلال مسودة معيار ISO / TC172 / SC9 / WG1 في عام 1991. البحث وقياس جودة شعاع الليزر أصبح العامل أيضًا نقطة ساخنة للبحث في السنوات الأخيرة.

الطرق المستخدمة بشكل شائع لتقييم جودة الحزمة هي:

يحدد الحيود الأصلي عوامل متعددة ، أو نسبة Streier ، أو نسبة المحيط إلى الطاقة ، أو عامل M2 ، أو عامل K المتبادل (عامل إرسال الحزمة) ، ويتوافق تعريف جودة الحزمة المختلفة مع أغراض التطبيق المختلفة ، مما يعكس أيضًا تركيز جودة الحزمة مختلفًا. يجب تقييم جودة الحزمة وفقًا لغرض التطبيق المحدد.

تعد جودة الشعاع طريقة مهمة لتقييم خصائص الليزر من حيث الجودة ، والتي تلعب دورًا مهمًا في تصميم الليزر وتصنيعه وكشفه وتطبيقه. من الأهمية بمكان مناقشة كيفية تحسين شمولية عوامل جودة الحزمة وتحليل العوامل التي تؤثر على جودة الحزمة والتحكم فيها.

لتحليل دقة المدى البعيد بالليزر وقياس الارتفاع بالليزر ، يعد قياس جودة الشعاع رابطًا مهمًا ، خاصة توزيع طاقة الحزمة وحجم زاوية التباعد وعرض الشعاع ، يكون التأثير على صدى المدى أكثر وضوحًا ، ويمكن أن يعكس عامل جودة شعاع الليزر جودة ليزر المدى وتحسين دقة القياس.

1. الانعراج الأصلي يحد من عدة عوامل

يتم تعريف عوامل متعددة لحد الانعراج الأصلي على أنها نسبة زاوية تباعد المجال البعيد للحزمة الفعلية المقاسة إلى زاوية تباعد المجال البعيد للحزمة المثالية ، وتعبيرها هو=θ / θ {{3 }} (1)

يتم تحديد زاوية انبعاث المجال البعيد θ بواسطة الصيغة المقاربة θ=limz → ∞ / w (z) z ، و w (z) هي عرض بقعة الضوء و z هي الموضع المقابل للضوء بقعة. في حالة عدم أهمية التقريب المجاور للمحور وانحراف الفتحة ، فإن عرض الحزمة w (z) في الفضاء الحر يفي بمعادلة الإرسال التالية:

w2 (z)=w2 0 زائد (M2) 2 (λ / (πw 0)) 2 (Z-Z0) 2 (2)

حيث z {0}} هو موقع الخصر w0. للحصول على شعاع غاوسي مثالي ، يتم تحديد عرض البقعة w (z) بالعرض عند القيمة القصوى لشدة الضوء 1 / e2 ، ويحتوي حجم البقعة المحدد على 86. 5 بالمائة من إجمالي طاقة الحزمة الغوسية .

عامل حد الانعراج الأصلي مناسب بشكل أساسي لتقييم شعاع الليزر المنبعث للتو من مرنان الليزر ، ويمكنه بشكل معقول تقييم جودة شعاع المجال القريب. إنه مؤشر أداء ثابت يصف جودة حزمة نظام الليزر ، ولا يأخذ في الاعتبار تأثيرات تشتت الغلاف الجوي والاضطراب والهالة الحرارية على الليزر.

في نظام الأسلحة بالليزر المضاد ، يتم تحديد L بشكل أساسي بواسطة L لنظام سلاح الليزر الذي يخرج من الشعاع و d للشعاع من خلال اتجاه الحزمة

2= 2 L + ثنائي الأبعاد (3)

يوفر أساسًا لتقييم جودة الحزمة لأنظمة أسلحة الليزر عالية الطاقة.

يعتمد قياس القيمة على القياس الدقيق لزاوية تباعد المجال البعيد للشعاع ، نظرًا لعوامل الليزر نفسه وتأثير العديد من العوامل في عملية نقل شعاع الليزر ، بحيث يتم توزيع كثافة المدى البعيد - يحتوي شعاع الحقل على المزيد من مكونات التردد المكاني عالية الترتيب ، ويتم تخفيف شدة الليزر باستخدام CCD لقياس عرض البقعة ، ومن الصعب اكتشاف المكون عالي الترتيب من البقعة ، وتوزيع الكثافة المكانية النسبية هو جيد جدًا من الصعب عكس مكون الترتيب الأعلى في البقعة ، والقيمة التي تم الحصول عليها لا يمكن أن تعكس حقًا فقد الطاقة الناجم عن تشتت الرتبة الأعلى. متطلبات القياس الدقيقة لنظام الكشف عالية ، وهي غير مناسبة لتقييم الحزمة المرسلة عبر مسافة طويلة.

2. نسبة الطاقة الحلقية

يتم تعريف نسبة الطاقة الحلقية ، والمعروفة أيضًا باسم نسبة الطاقة السطحية (أو البرميل) المستهدفة ، على أنها جذر نسبة الطاقة الحلقية المثالية (أو الطاقة) لبقعة الضوء ضمن الحجم المحدد إلى الطاقة الحلقية الفعلية (أو power) من بقعة الضوء بنفس الحجم. تعبيرها

تم قياس BQ=P Ideal P

أو BQ=اختبار كفاءة الطاقة الحقيقي (4)

تُستخدم قيمة BQ لتقييم جودة حزمة المجال البعيد لتوصيل الطاقة وتطبيقات الاقتران ، جنبًا إلى جنب مع تركيز طاقة الحزمة على الهدف.

الفرق بين قيمة وقيمة BQ هو أنه يحتوي على عوامل جوية ، وهو مؤشر شامل لوصف جودة الحزمة من منظور التطبيق الهندسي وتأثير الضرر ومؤشر ديناميكي لأنظمة أسلحة الليزر المتأثرة بالجو. ترتبط قيمة BQ ارتباطًا مباشرًا بجودة الحزمة وكثافة الطاقة ، وهو انعكاس لتركيز الطاقة ، ولها أهمية عملية للغاية لدراسة اقتران الطاقة وتأثير الضرر بين الليزر عالي الكثافة والهدف.

وصف التوزيع المكاني لشدة الضوء في برميل واحد غير كافٍ ، ويجب تحديد اختيار الشعاع المثالي بوضوح. من منظور التطبيق الهندسي ، يتم اختيار موجة الطائرة الصلبة بحجم المرآة الرئيسية لنظام إطلاق سلاح الليزر على أنها شعاع مثالي بطريقة بسيطة وعملية نسبيًا.

بالنسبة لأسلحة الليزر "للتدمير الشديد" ، يجب أن يكون الحجم القياسي صغيرًا قدر الإمكان ، مما يتطلب كثافة طاقة ذروة أعلى ، ويكون الحجم القياسي للقطر الرئيسي للمرآة الرئيسية لنظام الإطلاق D المطابق لحجم حد الانعراج أكثر ملاءمة ، تحتوي على 84 بالمائة من إجمالي الطاقة المنبعثة من النظام ، لأسلحة الليزر "القتل الناعم" ، تتطلب حصة طاقة أعلى في نطاق السطح المستهدف ، متوسط ​​كثافة طاقة أعلى ، يمكن تحديد حجم المواصفات كحجم التدمير هدف.

غالبًا ما يتم قياس قيمة BQ من خلال طرق مختلفة لقياس طاقة الفتحة المحدودة وأنظمة الكشف التي يمكنها قياس توزيع الطاقة المطلق في الفضاء ، مما يتطلب كاشفًا قويًا لصفيف الضوء أو أداة قرص مستهدفة يمكنها تلقي ليزر عالي الطاقة مباشرة.

غالبًا ما يتم استخدامه لتقييم جودة أشعة الليزر المكثفة ، ولكن نظرًا لأن الليزر عالي الطاقة ، مثل فلوريد الهيدروجين (HF) ، وفلوريد الديوتيريوم (DF) ، والليزر الكيميائي لليود الأكسجين (COIL) ، يعتمد بشكل عام على الليزر غير المستقر هيكل التجويف ، شعاع الإخراج ليس شعاعًا غاوسيًا ، فهناك بعض الشكوك في قياس جودة شعاع الليزر الناتج عن ليزر التجويف غير المستقر.

معلومات الاتصال:

إذا كانت لديك أية أفكار ، فلا تتردد في التحدث إلينا. بغض النظر عن مكان وجود عملائنا ومتطلباتنا ، سوف نتبع هدفنا لتزويد عملائنا بجودة عالية وأسعار منخفضة وأفضل خدمة.