Вимір розбіжності газового пучка

Лазерному випромінюванню характерна висока степінь спрямованості. Степінь спрямованості лазерного випромінювання можна пов'язати з кутом розбіжності . Кут розбіжності – це величина кута, при якому амплітуда світлової хвилі спадає в разів в порівнянні з амплітудою в центрі пучка. Розбіжність лазерного випромінювання визначається такими факторами:

1) дифракцією на апертурах дзеркал та інших оптичних елементах резонатора (для He-Ne лазера апертура пучка визначається перерізом газорозрядної трубки);

2) типом і параметрами резонатора, точніше, його довжиною: чим резонатор довше, тим менша розбіжність випромінювання;

3) неоднорідністю активного середовища.

Величина дифракційної розбіжності може бути оцінена за формулою:

, (1)

де – довжина хвилі, а – діаметр газорозрядної трубки. Теоретичний розрахунок вкладу в розбіжність випромінювання лазера інших факторів являє собою значні труднощі. Тому розбіжність випромінювання, зазвичай, вимірюється експериментально.

Найбільш точно кут розбіжності може бути виміряний на нескінченно великій відстані від вихідного дзеркала лазера. Щоб спостерігати структуру пучка на нескінченності, використовують метод фокусування. Для цього на шляху пучка ставлять телескопічний об`єктив і налаштовують його на нескінченність. Якщо б випромінювання лазера являло собою плоску хвилю (рис. 3), то у фокальній площині ми отримали б зображення точки. Якщо хвиля не плоска і промінь розходиться, то у фокальній площині виходить зображення з діаметром , що дорівнює: , де – кут розбіжності, – фокусна відстань об`єктива. Звідси

Рис. 3.

Але з достатнім степенем точності кут розбіжності можна оцінити наступним шляхом. Нехай – діаметр пучка в деякому перерізі , а – діаметр пучка в перерізі (рис.4).

Рис 4.

Тоді кут може бути розрахований за формулою:

. (2)