ГОСТ IEC/TR 60825-13—2016
7.7.3.5 Дивергенция пучка
Измерение дивергенции пучка не всегда является необходимым параметром для классификации,
но для полного анализа опасности этот параметр необходимо определить количественно, т. к. он влияет
на расчеты опасного расстояния. Для определения дивергенции пучка существует ряд методов. Не
сколько из них приведены ниже:
а) одним из методов измерения дивергенции является метод измерения диаметра в двух точках.
Первоначально измеряют диаметр пучка в месте, где он самый маленький, т.е. либо в перетяжке пуч ка.
либо вблизи выходной апертуры лазера. Затем проводят другое измерение диаметра в какой-либо точке
направления распространения. После этого измеряют расстояние между точками измерения. Ди
вергенция определяется как частное отделения корня квадратного из разности квадратов диаметров в
двух точках на расстояние между точками. Для Гауссовых пучков это можно выразить в цифровом виде
с помощью формулы
’-’О
’
где
г0
— местоположение перетяжки пучка.
b
) подобный метод состоит в выборе двух точек на оси распространения, при диаметре пучка
намного больше наименьшего диаметра на траектории пучка (при этом наименьший диаметр — это
перетяжка пучка или диаметр у выходной апертуры). Эту область пучка называют дальним полем.
Измеряют диаметры и разделительное расстояние между выбранными точками. Дивергенция опреде
ляется как частное от деления разности диаметров на расстояние между точками. Математически это
представляется следующим уравнением
V -
г2-гл
Это достаточно упрощенный прямой метод, но имеющий недостатки. Для обеспечения точности,
необходимы условия дальнего поля, как сказано выше. Дальнее поле — это область пучка, в которой
значения плотности потока излучения подчиняются закону обратных квадратов и уменьшаются с за
висимостью 1/г2, аналогично некогерентному источнику. У некоторых лазеров таким дальним полем
может быть непосредственно расстояние от выходной апертуры лазера, иногда простирающееся на
километры.
c) при наличии проблемы с пространством, существует другой метод определения дивергенции пучка
для Гауссовых лазерных пучков, в котором необходимо использовать длиннофокусные линзы и апертуру.
Важно, чтобы качество используемыхдлиннофокусных линз было очень высоким. Дивергенцию пучка мож
но рассчитать по диаметру сфокусированного лазерного пучка в фокальной точке линзы, соответствующей
длине волны лазера. Геометрическое фокусное расстояние линзы зависит от конкретной рассматриваемой
длины волны. В некоторых случаях при типовых значениях длины волны эти фокусные расстояния могут
определяться изготовителем. Однако, если необходимо дать численную оценку фокусного расстояния для
конкретной длины волны, то можно использовать стандартную лампу и узкополосный фильтр. Когда лампа
находится на определенном расстоянии s, от линзы, изображение появляется на расстоянии s2 с другой
стороны линзы. Если расстояние до изображения s2 определено, для расчета фокусного расстояния линзы
для конкретной длины волны можно использовать приведенное ниже уравнение
В физической установке для такого измерения требуется, чтобы линза находилась перед лазе
ром. Местоположение линзы с точки зрения ее фокусного расстояния несущественно, но все же линза
не должна помещаться в перетяжку пучка. Измерение опорной мощности или энергии лазерного пучка
следует проводить после его прохождения через линзу. Его нельзя выполнять непосредственно в
фо кальной точке, т.к. сфокусированный пучок может повредить детектор. Затем для измерения
диаметра пучка небольшую апертуру помещают в фокусную плоскость линзы. Измерение выполняют
на фокус ном расстоянии линзы, что не является обязательным, если определен наименьший
размер пятна. Измеренная энергия, проходящая через апертуру, должна составлять 63,2 % от
опорного показания, чтобы соответствовать точкам 1/е. Если геометрическое фокусное расстояние
известно или определе-
2 7