ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П. КОРОЛЕВА»
АНАЛИЗ И ФОРМИРОВАНИЕ
МНОГОМОДОВЫХ
ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКОВ
С ПОМОЩЬЮ ДОЭ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве методических указаний
САМАРА
Издательство СГАУ
2007
УДК 535.42
ББК 22.343.4
K 26
ЦИ
ОНАЛЬ
НЫ
ПР
ТЕТНЫЕ
Е
Н
А
О
РИ
ОЕКТЫ
Инновационная образовательная программа
"Развитие центра компетенции и подготовка
специалистов мирового уровня в области аэрокосмических и геоинформационных технологий"
ПР
И
Рецензенты: д-р физ.-мат. наук, профессор В.В. Ивахник,
д-р физ.-мат. наук, профессор И. <...> Анализ и формирование многомодовых лазерных пучков с
помощью ДОЭ: учеб. пособие / [С.В. Карпеев, С.Н. Хонина.] <...> ISBN 978-5-7883-0591-2
Учебное пособие посвящено одному из важнейших направлений дифракционной оптики, связанному с поперечными модами лазерного излучения. <...> Описаны методы формирования и селекции поперечных мод лазерного
излучения с помощью ДОЭ. <...> Рассмотрены методы возбуждения заданных мод
и измерения поперечно-модового состава когерентного излучения в волоконно-оптических световодах. <...> Указанные свойства мод
позволяют применять модовые представления при решении прямой задачи
дифракции, если разложить световой пучок по поперечным модам. <...> В работе [2] обсуждается важная для оптики проблема: существуют ли поперечные моды физически по отдельности в виде некоторых эталонов или они
являются лишь плодом абстракции, т. е. одним из множества ортогональных
математических базисов для удобного представления пучков когерентного излучения? <...> Подобно монохроматическим гармоникам, собственные функции оператора распространения —
поперечные моды когерентного излучения можно рассматривать как «обобщенные спектральные» компоненты, поскольку аналогично свойству а) продольного спектра они распространяются <...>
Анализ_и_формирование_многомодовых_лазерных_пучков_с_помощью_ДОЭ.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П. КОРОЛЕВА»
АНАЛИЗ И ФОРМИРОВАНИЕ
МНОГОМОДОВЫХ
ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКОВ
С ПОМОЩЬЮ ДОЭ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве методических указаний
С А М А Р А
Издательство СГАУ
2007
Стр.1
УДК 535.42
ББК 22.343.4
K 26
Инновационная образовательная программа
"Развитие центра компетенции и подготовка
специалистов мирового уровня в области аэрокосмических
и геоинформационных технологий"
Рецензенты: д-р физ.-мат. наук, профессор В.В. Ивахник,
д-р физ.-мат. наук, профессор И.П Завершинский
Карпеев С. В.
К 26
Анализ и формирование многомодовых лазерных пучков с
помощью ДОЭ: учеб. пособие / [С.В. Карпеев, С.Н. Хонина.]. –
Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2007. – 120 с. :93 ил.
ISBN 978-5-7883-0591-2
Учебное пособие посвящено одному из важнейших направлений дифракционной
оптики, связанному с поперечными модами лазерного излучения.
Описаны методы формирования и селекции поперечных мод лазерного
излучения с помощью ДОЭ. Приведены результаты экспериментальных исследований
дифракционных оптических элементов для селекции и формирования
поперечных мод. Рассмотрены методы возбуждения заданных мод
и измерения поперечно-модового состава когерентного излучения в волоконно-оптических
световодах. Предназначено для студентов дневного обучения
по специальностям 010501 «Прикладная математика и информатика»
и 010600 «Прикладные математика и физика»
УДК 535.42
ББК 22.343.4
ISBN 978-5-7883-0591-2
© Карпеев С.В., Хонина С.Н., 2007
© Самарский государственный
аэрокосмический университет, 2007
2
П
Р
И
О
Р
И
Т
Т
К
Е
Т
О
Н
Ы
Е
Н
А
Ц
И
О
А
Н
Л
Ь
Н
Ы
Е
П
Р
Е
Ы
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение........................................................................................................... 5
Глава 1 Моды когерентного излучения и дифракционно-оптические
преобразования лазерных пучков.......................................................... 10
1.1 Модовые пучки в скалярном приближении ................................... 10
1.2 ДОЭ, согласованные с модами лазерного излучения
- МОДАНы...................................................................................... 15
1.3 Формирование и селекция мод лазерного излучения с помощью
дифракционных оптических элементов ....................................... 17
Контрольные вопросы к главе 1 ............................................................ 20
Глава 2 Экспериментальные исследования одноканальных
МОДАНов ............................................................................................... 21
2.1 Исследование амплитудных МОДАНов......................................... 21
2.1.1 Амплитудные МОДАНы, работающие в нулевом
порядке дифракции................................................................ 21
2.1.2 Исследование амплитудно-фазовых распределений,
формируемых амплитудными МОДАНами с несущей
частотой в первом порядке дифракции................................ 22
2.1.3 Корреляционные исследования амплитудных
МОДАНов............................................................................... 25
2.1.4 Исследование влияния точности установки элементов
оптической системы на погрешность измерений................ 29
2.2 Разработка и исследование фазовых МОДАНов .......................... 31
2.2.1 Фазовые МОДАНы на отбеленном желатине..................... 31
2.2.2 Исследование бинарно-фазовых МОДАНов,
изготовленных по технологии фотолитографии................ 34
Основные результаты, полученные в главе 2....................................... 37
Выводы к главе 2 .................................................................................... 38
Контрольные вопросы к главе 2 ............................................................ 38
Глава 3 Расчет и исследование многоканальных МОДАНов..................... 39
3.1 Синтез многоканальных МОДАНов ............................................... 39
3.2 Экспериментальное исследование амплитудных
многоканальных МОДАНов.......................................................... 43
3.3 Расчет многоканальных МОДАНов для анализа
модового состава излучения в реальном времени....................... 46
3.4 Исследование поперечно-модового состава бездисперсионных
многомодовых пучков при помощи многоканальных
МОДАНов....................................................................................... 52
3.5 Формирование и анализ многомодовых пучков при отсутствии
взаимной когерентности поперечных мод.................................. 56
Основные результаты, полученные в главе 3...................................... 60
Контрольные вопросы к главе 3: ........................................................... 60
3
Стр.3