Принципы компоновки энергетических оптических систем

Для анализа возможностей формирования лазерного излучения оптическими системами может быть привлечена теория френелевской дифракции. Однако, для большинства практических случаев оказывается удовлетворительным применение традиционных методов геометрической оптики, справедливых при больших числах Френеля:

N = α²/λ · L,

где α — характерный поперечный размер, L — продольный размер, λ — длина волны лазерного излучения.

При рассмотрении оптических систем, работающих вместе с лазерами, обычно предполагают, что каждая точка сечения лазерного луча испускает пучок геометрических лучей с углом расходимости θ. Ось такого пучка параллельна оптической оси системы. Следовательно, структура излучения представляется в виде набора пучков параллельных лучей, равномерно заполняющих угол расходимости.

Как видно из рис. 6, наибольшая плотность мощности излучения создаётся в зоне между фокальной плоскостью F́ и плоскостью изображения Ś диафрагмы, расположенной вблизи выходного зеркала лазера. При отсутствии диафрагмы плоскостью, сопряжённой с изображением Ś, следует считать сечение перетяжки внутри резонатора.

Для сокращения габаритов оптической системы фокусирующую линзу располагают по возможности ближе к торцу лазера. Однако очень важно учитывать то обстоятельство, что вследствие расходимости лазерного луча в любой оптической системе существует точка пересечения внутренних лучей лазерного пуска с оптической осью и ход лучей после фокусировки определяется положением фокусирующей линзы относительно этой точки. Если передний фокус линзы совпадает с данной точкой, то излучение фокусируется в виде цилиндрической трубки между фокальной плоскостью F́ и плоскостью изображения Ś, как это показано на рис. 6. Длина цилиндрической части светового пучка определяется, как:

x = f ² · θ/d = d́ ²/d · θ,

где d — диаметр диафрагмы (перетяжки), d́ — диаметр цилиндрической световой трубки.