レーザービームの品質を評価するには? （パート1）

レーザービームの品質はレーザーの重要な技術指標であり、レーザーの特性は定性的な側面から評価されます。 しかし、長い間、ビーム品質の正確な定義がなく、標準的な測定方法も確立されていないため、科学研究や応用に不便をもたらしてきました。

1988 年に AE Seigman は、レーザー ビームの品質をより科学的かつ合理的に記述する無次元量ビーム品質係数パラメーターを導入し、1991 年に ISO/TC172/SC9/WG1 標準草案に採用されました。 レーザー ビーム品質の研究と測定因子も近年研究のホットスポットとなっています。

ビーム品質を評価するために一般的に使用される方法は次のとおりです。

元の回折限界の複数の因子、シュトライアー比、周縁エネルギー比、M2 因子、またはその逆数の K 因子 (ビーム透過率)、さまざまなビーム品質の定義はさまざまな用途に対応し、ビーム品質の重視点も異なります。 ビームの品質は、特定の用途の目的に従って評価する必要があります。

ビーム品質は、品質の観点からレーザーの特性を評価する重要な方法であり、レーザーの設計、製造、検出、および応用において重要な役割を果たします。 ビーム品質要因の普遍性を完璧にし、ビーム品質に影響を与える要因を分析し、それらを制御する方法を議論することは非常に重要です。

長距離レーザー測距とレーザー高度測定の精度を分析するには、ビーム品質の測定が重要な関係であり、特にビームのエネルギー分布と発散角のサイズとビーム幅は、測距エコーへの影響がより明白になります。 、レーザービーム品質係数は測距レーザーの品質を反映し、測定精度を向上させることができます。

1. 元の回折限界の複数の要因

元の回折限界多重係数は、測定された実際のビームの遠視野発散角と理想ビームの遠視野発散角の比として定義され、その式は =θ/θ{{3 }} (1)

遠視野放射角度 θ は、漸近式 θ=limz→∞/w(z)z によって決定され、w(z) は光スポットの幅、z は光の対応する位置です。スポット。 近軸近似と開口回折が無視できる場合、自由空間でのビーム幅 w(z) は次の透過方程式を満たします。

w2(z)=w20 プラス (M2)2 (λ/(πw0))2 (Z-Z0)2 (2)

ここで、z{{0}} はウエスト w0 の位置です。 理想的なガウス ビームの場合、スポット幅 w(z) は光強度の最大値 1/e2 での幅によって定義され、定義されたスポット サイズにはガウス ビームの総パワーの 86.5 パーセントが含まれます。 。

独自の回折限界係数は主にレーザー共振器から出射されたばかりのレーザービームの評価に適しており、近接場ビームの品質を合理的に評価できます。 これは、レーザー システムのビーム品質を表す静的な性能指標であり、レーザーに対する大気散乱、乱流、熱ハローの影響は考慮されていません。

レーザー対抗兵器システムでは、主にビームから出るレーザー兵器システムの L とビーム方向のビームの d によって決定されます。

2= 2L プラス 2D (3)

これは、高エネルギーレーザー兵器システムのビーム品質を評価するための基礎を提供します。

値の測定は、レーザー自体の要因とレーザービームの送信プロセスにおける多くの要因の影響により、ビームの遠距離場発散角の正確な測定に依存します。そのため、遠距離場の強度分布は、 -フィールドビームにはより高次の空間周波数成分が含まれており、CCDを使用してスポットの幅を測定するとレーザーの強度が減衰します。スポットの高次成分を検出するのは困難であり、相対的な空間強度分布は非常に良い スポットの高次成分を反映することが難しく、得られた値は高次分散によるエネルギー損失を正確に反映できません。 検出システムの正確な測定要件は高く、長距離を伝送されるビームの評価には適していません。

2. 円環エネルギー比

ターゲット表面（またはバレル）パワー比としても知られる環状エネルギー比は、指定されたサイズ内の光スポットの理想的な環状エネルギー（またはパワー）と実際の環状エネルギー（または同じサイズ内の光スポットのパワー）。 その表現は、

BQ=P 測定された理想的な P

または BQ=EE の実際の理想テスト (4)

BQ 値は、ターゲット上のビームのエネルギー集中と組み合わせて、エネルギー供給および結合アプリケーションの遠方場ビームの品質を評価するために使用されます。

BQ 値との違いは、大気要因が含まれていることです。BQ 値は、工学的応用とダメージ効果の観点からビーム品質を記述するための包括的な指標であり、大気の影響を受けるレーザー兵器システムの動的な指標です。 BQ 値は、エネルギー集中の反映であるビーム品質とパワー密度に直接関係しており、高強度レーザーとターゲット間のエネルギー結合と損傷効果の研究にとって非常に実用的な重要性を持っています。

単一バレル内の光強度の空間分布の説明は不十分であり、理想的なビームの選択を明確に定義する必要があります。 工学的応用の観点からは、レーザー兵器発射システムの主鏡サイズの固体平面波が比較的単純で実用的な方法で理想的なビームとして選択されます。

「ハード破壊」レーザー兵器の場合、標準サイズは可能な限り小さくする必要があり、より高いピーク出力密度が必要です。回折限界サイズに対応する発射システム D の主鏡の主直径に対する標準サイズがより適切です。 「ソフトキル」レーザー兵器の場合、システムから放出される総エネルギーの 84 パーセントが含まれており、ターゲット表面範囲でのより高いエネルギー共有、より高い平均出力密度が必要です仕様サイズは破壊のサイズとして選択できます目標。

BQ 値は、空間内の絶対エネルギー分布を測定できるさまざまな制限正孔エネルギー測定方法や検出システムによって測定されることが多く、高エネルギーレーザーを直接受信できる強力な光アレイ検出器またはターゲット ディスク機器が必要です。

強力なレーザービームの品質を評価するためによく使用されますが、フッ化水素（HF）、フッ化重水素（DF）、酸素ヨウ素化学レーザー（COIL）などの高出力レーザーは一般に不安定なレーザーを採用しているため、キャビティ構造の場合、出力ビームはガウス ビームではないため、不安定なキャビティ レーザーによって生成されるレーザー ビームの品質の測定にはいくつかの不確実性があります。

連絡先：

何かアイデアがございましたら、お気軽にご相談ください。 お客様がどこにいても、また当社の要件が何であっても、当社はお客様に高品質、低価格、最高のサービスを提供するという目標に従います。