4-53 非稳腔激光光束质量测试技术

解 平　傅淑珍　谢川林　

　　光束质量是评价激光器的重要指标，适合非稳腔激光光束质量测量的最佳参数是现场测试数据少、测试系统要求比较简单的衍射极限法。针对强激光光束质量测量要求迅速给出可靠的测量结果的要求，采用了CCD测量法。对于非稳腔激光光束存在多个峰值、具有一定遮拦比的非均匀光束，光束宽度的评价标准应结合实际应用来确定。对于遮拦比e (空心束内径与外径之比) 的平面波空心束，则其焦平面上远场光强分布为

式中，P为总功率；a为束半径；q 为束半径；f 为焦距。由光强分布可知其峰值强度为I(0)=[pa²P/(lf )²](1-e²)，从而光束的强度零点位置方程为J₁(kaq )-eJ₁(keaq )=0，由此方程即可得出零级衍射斑的半径，对零级衍射斑半径内的焦平面上远场光强分布进行积分即可得到零级衍射斑内功率，零级衍射斑内的功率与总功率之比作为环围功率（能量）或桶中功率（能量）的百分比。对于遮拦比为e=24/58=0.4138，则其远场分布中，零级衍斑内功率与总功率之比为P₀/P=0.575。因此定义遮拦比为0.4138的空心束以总能量的57.5%为标准计算光束质量．

　　测试系统的标定对于测试结果非常重要。光束质量测试系统的标定分为两步，系统分辨率的标定和系统自身光束质量的标定。采用传统的光栅法标定光束质量测试系统的分辨率，标定的示意图见图1。更换不同光栅常数的光栅，得出多组条纹间距和相应条纹间距内的像素数量，从而得出多组系统的分辨率值。光束质量测试系统的光束质量标定的实验光路示意图见图2。使平行光的聚焦光斑位于探测器的光敏面上，调节平行光的光强，使得CCD的峰值响应达到饱和值的3/4。此时选择所需的光束宽度定义，采集处理结果可得出在某种定义下平行光的光束宽度，进一步可得出测试系统自身的光束质量。