izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/10.32446/0368-1025it.2025-5-49-56izmertech-2399Research ArticleОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯOPTICOPHYSICAL MEASUREMENTSИдентификация поля лазерного пучка в плоскостях расположения излучателя и средства измеренийIdentification of the laser beam fi eld in the emission plane and in the measurement planehttps://orcid.org/0000-0003-3148-4469РайцинА. М.RaitsinA. M.

Аркадий Михайлович Райцин

Москва

Arkady M. Raitsin

Moscow

arcadiyram@rambler.ruУлановскийМ. В.UlanovskiiM. V.

Михаил Владимирович Улановский

Москва

Michael V. Ulanovskii

Moscow

ulanovsky@vniiofi.ruМосковский технический университет связи и информатикиРоссияMoscow Technical University of Communications and InformaticsRussian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измеренийРоссияAll-Russian Research Institute of Optical and Physical MeasurementsRussian Federation2025141120257454956Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20252025ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2399

Рассмотрена важная практическая задача идентификации поля лазерного пучка в плоскостях расположения излучателя (плоскость излучателя) и средства измерений (плоскость измерений). Решение этой задачи позволит расширить информацию о параметрах лазерного пучка, необходимую при изготовлении и сертификации лазерных источников. Существующая единственная стандартизованная числовая характеристика – мера М 2 (ГОСТ Р ИСО 11146-1-2008 «Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений ширин, углов расходимости и коэффициентов распространения лазерных пучков»), определяющая качество лазерного пучка, позволяет оценить степень сходства пространственного распределения интенсивности излучаемого пучка только с пространственным распределением интенсивности Гаусса в плоскости измерений. Разработана альтернативная мера сходства пространственного распределения амплитуды лазерного пучка с равномерным распределением амплитуды в плоскости излучателя и показано, что эта мера совпадает с аберрационным фактором, определяющим источник с наибольшей осевой силой света. Предложена мера сходства пространственного распределения интенсивности лазерного пучка с произвольно заданным распределением интенсивности в плоскости измерений. Обе меры универсальны, имеют более широкое применение чем мера М 2 , так как связаны с характеристикой однородности распределения поля, обобщённой площадью и обобщённым диаметром лазерного пучка, являющимися альтернативой диаметру пучка, определяемому по ГОСТ Р ИСО 11146-1-2008.

The article considers an important practical problem that allows expanding the information on the laser beam parameters required for manufacturing and certification of laser sources. The only existing standardized numerical characteristic, the М 2 measure (GOST R ISO 11146-1-2008 “Lasers and laser installations (systems). Methods for measuring widths, divergence angles and propagation coefficients of laser beams”), which determines the quality of a laser beam, allows estimating the degree of similarity of the measured spatial distribution of the beam intensity only with the spatial distribution of the Gaussian intensity in the measurement plane. An alternative measure of similarity of the measured spatial distribution of the laser beam amplitude with a uniform distribution in the emitter plane or a spatial distribution of intensity with an arbitrary distribution in the measurement plane has been developed. It has been shown that the alternative measure of similarity when located in the emitter plane coincides with the aberration factor determining the source with the greatest axial luminous intensity. The proposed measure is universal and has a wider application than the М 2 measure, since it is associated with the characteristic of the field distribution homogeneity, the generalized area and the generalized diameter of the laser beam, which is an alternative to the beam diameter determined by GOST R ISO 11146-1-2008.

лазерная метрологияидентификация распределений интенсивностигауссово распределениелазерный пучокобобщённая площадь пучкаобобщённый диаметр пучкаоднородность пучкааберрационный факторlaser metrologyidentification of intensity distributionsGaussian distributionlaser beamgeneralized beam areageneralized beam diameterbeam homogeneityaberration factorReferencesLingqiang Meng, Qingqing Kong, Kunhao Ji et al. Characterization of beam quality of unstable laser beams with the multiple hyperbolas method. Results in Physics, 12, 38–45 (2019). https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.11.044Lingqiang Meng, Qingqing Kong, Kunhao Ji et al. Characterization of beam quality of unstable laser beams with the multiple hyperbolas method.Hinton R. Laser Beam Quality: Beam propagation and quality factors: A primer. Laser Focus World (2019).Results in Physics, 12, 38– 45 (2019).Потёмкин А. К., Хазанов Е. А. Вычисление параметра М2 лазерных пучков методом моментов. Квантовая электроника, 35(11), 1042–1044 (2005).https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.11.044Райцин А. М., Улановский М. В. Основы идентификации пространственных распределений интенсивности лазерных пучков. Измерительная техника, (4), 30–36 (2022) https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-4-30-36.Hinton R. Laser Beam Quality: Beam propagation and quality factors: A primer. Laser Focus World (2019).Райцин А.М. Кумулянтный метод идентификации пространственных распределений интенсивности лазерного пучка. Измерительная техника (8) 22-29 (2024). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2024-8-22-29Potemkin A. K. et al. Calculation of the laser-beam М 2 factor by the method of moments. Quantum Electronics, 35(11),Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и лазерные пучки. Наука,–1044 (2005). http://dx.doi.org/10.1070/QE2005v035n11ABEH012788Москва (1990).Raitsin A.M., Ulanovskii M.V. Bases for the identification of spatial distributions of intensity laser beams. Measurement Techniques, 65(4), 258–265 (2022). https://doi.org/10.1007/s11018-022-02077-6.Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и проблема расходимости лазерного излучения Наука, Москва (1979).Raitsin, A.M. Cumulant method for identifying spatial distributions of laser beam intensity. Meas Tech 67, 597–607 (2024). https://doi.org/10.1007/s11018-024-02380-4Гудмен Дж. Введение в фурье-оптику. Мир, Москва (1970).Anan’ev Yu. A. Opticheskie rezonatory i lazernye puchki. Nauka, Moscow (1990). (In Russ.)Цыпкин Я. З. Информационная теория идентификации. Физматлит, Москва (1995).Anan'ev Yu.A. Opticheskie rezonatory i problema rashodimosti lazernogo izluchenija. Nauka, Moscow (1979). (In Russ.)Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика. Наука, Москва (2004).Gudmen Dzh. Vvedenie v fur'e-optiku. Mir, Moscow (1970). (In Russ)Райцин А.М., Фроловичев С.М. Проблема корректных измерений ширины и угла расходимости лазерного пучка. Оптика и спектроскопия, 132:5 (2024), 536–542.Tsypkin Ya. Z., Informatsionnaya teoriya identifi katsii. Fizmatlit, Moscow (1995). (In Russ.)Киргетов М.В. Измерение диаметра пятна и расходимости пучка лазерного излучения теневым методом с использованием обобщённых параметров. Измерительная техника (11) 31-37 (2022)Ahmanov S.A., Nikitin S.Ju. Fizicheskaja optika. Nauka, Moscow (2004). (In Russ.)Грязнов М.И. Интегральный метод измерения импульсов. Сов. радио, Москва (1975).Raitsin, A. M, Frolovichev S.M. The problem of correct measurements of the width and diverge angle of a laser beam. Optics and Spectroscopy 132.5 (2024): 494-500.Kirgetov M.V. Measurement of spot diameter and divergence of laser beam by shadow method using generalized parameters. Meas. Tech., 65 (11), 819 (2023). DOI: 10.1007/s11018-023-02156-2]Kirgetov M.V. Measurement of spot diameter and divergence of laser beam by shadow method using generalized parameters. Meas. Tech., 65 (11), 819 (2023). DOI: 10.1007/s11018-023-02156-2]Grjaznov M.I. Integral'nyj metod izmerenija impul'sov. Sov. radio, Moscow (1975). (In Russ.)Grjaznov M.I. Integral'nyj metod izmerenija impul'sov. Sov. radio, Moscow (1975). (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.