Введение к международному стандарту ИСО 15367-2:2005 "Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений формы волнового фронта пучка лазерного излучения. Часть 2. Датчики Шока-Гартмана"

Введение
к международному стандарту ИСО 15367-2:2005 "Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений формы волнового фронта пучка лазерного излучения. Часть 2. Датчики Шока-Гартмана"

Знание характеристик процесса распространения пучка лазерного излучения необходимо как при разработке и совершенствовании лазерных систем, так и в сфере промышленного использования лазеров.

Известны четыре группы параметров, характеризующих процесс распространения пучка лазерного излучения:

- распределение плотности мощности (энергии) (ИСО 13694);

- ширины, углы расходимости и коэффициенты распространения пучка (ИСО 11146-1 и ИСО 11146-2);

- распределение волнового фронта (фазы) (ИСО 15367-1 и настоящая часть ИСО 15367);

- пространственная когерентность пучка (пока не стандартизована).

В принципе полное описание процесса требует знания функции взаимной когерентности или функции спектральной плотности по крайней мере водном поперечном сечении пучка. Несмотря на то, что определение этих распределений может быть выполнено, затраты на проведение подобных экспериментов достаточно велики, а промышленные средства измерений этих величин пока недоступны. Таким образом, настоящая часть ИСО 15367 не распространяется на универсальные способы описания пучка, а лишь ограничена рекомендациями по измерению волнового фронта, что эквивалентно распределению фазы для пучков, обладающих пространственной когерентностью. Следовательно, достаточная точность прогнозирования распространения пучка достижима только в ограниченном случае высокой степени пространственной когерентности.

Разнообразные средства измерений градиента фазы или волнового фронта пригодны для определения распределений волнового фронта или фазы. К таким средствам измерений, в том числе, относятся интерферометры поперечного сдвига, Гартмана и Шока-Гартмана датчики волнового фронта, а также муаровый дефлектометр. С помощью этих средств измерений определяют градиенты волнового фронта или фазы, а по полученным данным реконструируют двухразмерное (двухкоординатное) фазовое распределение.

В ИСО 15367-2 рассмотрены только датчики волнового фронта Гартмана и Шока-Гартмана, поскольку при их использовании могут быть проведены измерения волновых фронтов пучков как полностью, так и частично когерентного лазерного излучения. Значительное число таких датчиков освоено промышленностью.

Основные достоинства датчиков Гартмана:

- широкий динамический диапазон;

- высокая оптическая эффективность;

- возможность выполнения измерений в пучках с частичной когерентностью;

- отсутствие требований спектральной чистоты;

- отсутствие неопределенности при приращениях фазы в 2;

- возможность получения и анализа волнового фронта по результатам одного измерения.

Средства прямых измерений фазы или волнового фронта типа самокалибруемых интерферометров находятся вне области применения ИСО 15367-2.