レーザービームの品質を評価するには? （パート2）

ビーム品質レーザービーム特性の中核となるパラメーターの 1 つです。 通常、レーザービームの特性を要約するために「高指向性、高輝度、高コヒーレンス」という言葉が使われますが、レーザーの線幅はレーザーの時間的コヒーレンスをある程度決定し、レーザーパワーはレーザーの明るさと正の相関関係があります。 、そしてレーザービームの品質はレーザーの指向性に密接に関係しています。

したがって、レーザービームの品質は、レーザー通信、遠隔エネルギー伝送、レーザー製造、その他の分野の応用に重要な影響を与えます。

3. ストレールレート

ストラー比は、実際のビーム軸上の遠視野のピーク光強度と、同じパワーおよび均一な位相の理想的なビーム軸上のピーク光強度の比として定義されます。 その表現は次のとおりです。

SR≈exp (-(2πδΥ λ)2) (5)

ここで、Δ- レーザービームの波面収差、λ- レーザー波長。 ストラーの比率係数は、波面誤差に依存する遠視野軸上のピーク光強度を反映し、ビーム品質に対する波面歪みの影響を反映する可能性があります。

大気光学でよく使用され、主にビーム品質を向上させる補償光学システムの性能を評価するために使用されます。

Streelby SR は、高エネルギー レーザー兵器システムの適応光学補正効果の評価において重要な役割を果たします。 高エネルギーレーザー兵器システムは主に、高エネルギーレーザーとビーム指向性装置の 2 つのサブシステムで構成されます。

高エネルギーレーザー兵器システムが適応光学補正を備えている場合、レーザーからの出射ビームのビーム品質、ビームディレクターの出射ビームのビーム品質、およびビームディレクターへの高エネルギーレーザーのビーム品質のみが適用されます。ターゲット表面だけでは、高エネルギーレーザーのエネルギー空間輸送における適応システムのビーム品質の向上を反映するのに十分ではないため、適応補正の前後のビームのビーム品質を評価する必要があります。

SR は、位相角からビーム品質を反映するために使用されます。これにより、波面歪みを補正するための適応システムのパフォーマンスをより適切に反映できます。 補償光学システムの開ループ条件および閉ループ条件下での SR の測定と比較を通じて、補償光学システムの動作パフォーマンスを分析および定義できます。

n=SRS'n (6)

上式は補償光学系による波面歪みの補正効果を反映することができる。 閉ループ動作条件では、補償光学システムにはジッターの問題もあり、ビームの品質に重大な影響を及ぼします。

ビーム品質に影響を与える主な要因の分析に基づいて、ゼロフィードバック補償と波面歪み補償の方法は、ビーム品質制御にとって実用的に非常に重要です。 ただし、ストレール比は遠視野光軸上のピーク光強度を反映しているだけであり、エネルギー印加による光強度分布を与えることはできません。

さらに、ビーム品質を大まかに反映することしかできず、光学システム設計において非常に有用なガイドを提供することはできません。

4.Mファクター

レーザービーム品質の M2 係数は国際光学コミュニティによって認識されており、国際標準化機構 (ISO) によって推奨されています。 M2 係数は一般的なビーム品質評価法の限界を克服するものであり、レーザーシステムの品質管理や補助設計の評価基準として M2 係数を使用することは非常に重要です。

M2ファクター評価法は、低出力レーザーで発生するビーム断面内に連続的な強度分布を持つレーザー光に対してよく用いられます。 ビームの二次モーメントを利用してビーム幅を決定するため、測定器の高さが要求されます。

明るさの式では、レーザービームのウエスト直径は光源の輝度領域ΔS{{0}}λd2oを表すために使用され、レーザービームの遠視野発散角は光の立体角を表すために使用されます。光源 ΔΨ=14πθ2f、d0θf の積は M2 係数で表され、レーザー ビームの輝度の式は次のように表すことができます。 B= pδs ·ΔΨ=P(M2)2· λ2(21) レーザービームの特性は、パワー、波長、ビーム品質などのいくつかのパラメーターで表すことができます。 ビーム品質 M2 係数は、レーザー ビームの高輝度と良好な空間コヒーレンスを特徴付ける重要なパラメータです。

空間領域および周波数領域におけるライトフィールドの分布は、ビーム品質 M2 係数、つまり M2= 4πσs-σSv を表すために使用されます。M2 係数は強度の特性を反映できることがわかります。ライトフィールドの分布と位相分布]。 他の評価方法と比較して、M2 係数はビーム品質の本質をよりよく反映し、強い普遍性を持ち、光強度の空間分布を統合的に反映します。

M2 係数は、高エネルギーレーザーのビーム品質を評価するのには適していません。 高エネルギーレーザーの共振空洞は一般に不安定で、出力レーザービームは不規則であるため、「光学ウエスト」は発生しません。 さらに、離散的なエネルギー分布を持つ高エネルギーレーザービームの場合、二次モーメントの定義によって計算されたスポット半径は実際とは大きく異なります。 結果として生じる M2 係数誤差は大きくなります。

M2 係数では、ビーム断面の強度分布が急峻なエッジを持つことができないことが必要です。たとえば、「スーパー ガウス ビーム」の場合、M2 係数は適用できません。

レーザービームの品質の定義と測定は、レーザーの生成と開発とともに発展していきます。 現時点では、レーザー光の品質の定義や測定については十分な合意が得られておらず、「研究と利用」の段階にある。 しかし、レーザー科学の進歩と技術の進歩に伴い、ビーム品質の定義と測定は依然として多くの新たな問題や課題に直面しています。

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