Pomiar rozkładu natężenia wiązki laserowej w układzie przenie-

W ramach badań wstępnych wykonano pomiar rozkładu natężenia promieniowania wiązki lasera ekscymerowego po przejściu przez zaprojektowany układ do zapisu siatek Bragga. Pomiary wykonano dla wiązki promieniowania o kształcie emitowanym przez laser ekscymerowy (po przejściu przez układ peryskopu) oraz o kształcie zmienionym po przejściu wiązki przez zastosowaną w układzie soczewkę cylindryczną. Celem pomiaru było określenie rozkładu promieniowania wiązki laserowej w osi włókna światłowodowego przed i po skupieniu. Kształt ten decyduje o wstępnej apodyzacji wytwarzanych w układzie siatek Bragga. Celem pomiaru było również określenie rozmiaru wiązki po skupieniu przez soczewkę cylindryczną, co umożliwia określenie gęstości energii występującej w układzie. Jest to istotne z punktu widzenia możliwości uszkodzenia zastosowanych elementów optycznych.

W celu przeprowadzenia doświadczenia zestawiono układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 7.14. Profilometr Soczewka sferyczna Soczewka cylindryczna lub sferyczna Płytka klinowa 1 Płytka

fluorescencyjna Płytka klinowa 2

Wiązka laserowa f1 2f2 2f2 Profilometr Soczewka sferyczna Soczewka cylindryczna lub sferyczna Płytka klinowa 1 Płytka

fluorescencyjna Płytka klinowa 2

Wiązka laserowa

f1 2f2 2f2

Rys. 7.14. Schemat układu wykorzystywanego do pomiaru rozkładu natężenia wiązki promieniowania laserowego

Podstawowymi problemami, które wystąpiły podczas wykonania pomiarów, były wysoki poziom mocy promieniowania laserowego, niebezpieczny dla

64

układu detekcyjnego, oraz długość fali emitowanej przez laser, znajdująca się poza zakresem pracy wykorzystanego profilometru.

Układ pomiarowy składa się z dwóch klinowych płytek kwarcowych, których zadaniem jest wielokrotne odbicie wiązki promieniowania na zasadzie odbicia Fresnela (pojedyncze odbicie na poziomie 4%). Osłabiona w ten sposób wiązka promieniowania kierowana jest na skupiającą soczewkę sferyczną, w przypadku pomiaru rozkładu promieniowania wiązki wychodzącej z lasera o niezmienio-nym kształcie, lub na soczewkę cylindryczną, podczas pomiaru rozkładu promieniowania wiązki o eliptyczności zwiększonej przez soczewkę cylindryczną. W odległości ogniskowej f1 soczewki sferycznej lub cylindrycznej, umieszczona została płytka fluorescencyjna. Płytka ta oświetlona promie-niowaniem ultrafioletowym emituje promieniowanie o barwie zielonej, detekowanej przez użyty profilometr. Dla uzyskania obrazu rzeczywistego, w odległości 2f2, będącej dwukrotnością ogniskowej soczewki obrazującej (sferycznej), od płytki luminescencyjnej ustawiono soczewkę cylindryczną, za pomocą której zobrazowano zogniskowaną na płytce luminescencyjnej wiązkę promieniowania laserowego. W odległości 2f2 od soczewki ustawiono profilometr. Takie ustawienie pozwoliło na uzyskanie obrazu rzeczywistego. W celu uzyskania obrazu pomniejszonego odległość soczewki obrazującej od płytki luminescencyjnej mieściła się z zakresie długości ogniskowej f2 do 2f2. Pomiar rozkładu natężenia wiązki przeprowadzono z dokładnością wynikającą z właściwości profilometru, które umieszczono w tabeli 7.2.

Tabela 7.2. Parametry profilometru

Parametr Wartość

Rozdzielczość pomiaru 6,45 _m

Rodzaj przetwornika CCD 8 bitowy

Maksymalna średnica wiązki promieniowania 6,6 mm

Na rysunkach 7.15 i 7.16 przedstawiono zdjęcia zbudowanego układu pomiarowego. Stanowisko zostało umieszczone na autonomicznej płycie optycznej. Część elementów optycznych została ustawiona na jednoosiowych stolikach mikrometrycznych, umożliwiających precyzyjne i kontrolowane przesunięcie elementów dla uzyskania pożądanego powiększenia. Na zdjęciu układu pomiarowego widocznym na rysunku 7.15 zaznaczono drogę propagacji wiązki światła w układzie. Na rysunku 7.16 zaznaczone zostały elementy optyczne wykorzystane w eksperymencie.

65

Wiązka UV

Wiązka VIS

Rys. 7.15. Zdjęcie układu do pomiaru rozkładu natężenia promieniowania wiązki laserowej z widoczną drogą propagacji wiązki laserowej

Płytki klinowe Płytka luminescencyjna

Soczewka cylindryczna Profilometr

Rys. 7.16. Zdjęcia układu do pomiaru rozkładu natężenia promieniowania wiązki laserowej z zaznaczonymi elementami optycznymi układu

Na rysunku 7.17 przedstawiono zdjęcie płytki fluorescencyjnej z wiązką laserową zogniskowaną, poprzez soczewkę cylindryczną.

66

Rys. 7.17. Zdjęcie płytki luminescencyjnej z widoczną zogniskowaną wiązką laserową.

Pomiar rozkładu promieniowania wiązki skupionej przez soczewkę cylindryczną przeprowadzono dla odległości równej dwukrotności ogniskowej

f2 w układzie obrazującym. Zapewnia to odwzorowanie rzeczywiste obrazu. Pomiar przeprowadzony w tych warunkach pozwolił na określenie wysokości wiązki promieniowania po skupieniu, a więc stopień zogniskowania wiązki. Rysunek 7.18 przedstawia rozkład promieniowania uzyskany w opisanych wyżej warunkach.

67

Na rysunku 7.19 przedstawiono wykres rozkładu jasności promieniowania w osi pionowej Y. Na podstawie wykresu określona została szerokość FWHM, która wyniosła 110 m. -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 odległość [m] 0 10 20 30 40 50 Ja sn oś ć pi ks el a [j. u] FWHM=110m

Rys. 7.19. Wykres rozkładu jasności promieniowania wiązki laserowej skupianej za pomocą soczewki cylindrycznej wykonany w osi pionowej Y

Pomiar rozkładu promieniowania w osi poziomej X wykonany został dla konfiguracji układu obrazującego pozwalającej na uzyskanie obrazu całej skupionej wiązki. Wiązka ta została pomniejszona w celu dopasowania jej szerokości do możliwości aperturowych profilometru. Na rysunku 7.20 przedstawiono rozkład promieniowania z widoczną w całości wiązką zogniskowaną za pomocą soczewki cylindrycznej.

68

Na rysunku 7.21 widoczny jest rozkład jasności promieniowania wykonany w osi poziomej. Rozkład jasności promieniowania wzdłuż osi światłowodu charakteryzuje się widoczną niejednorodnością. Najwyższe wartości jasności promieniowania widoczne są w środkowej części wiązki. Na podstawie tego rozkładu można stwierdzić, że wszystkie wytworzone siatki będą posiadały największą amplitudę modulacji współczynnika załamania światła w środkowej części. Wartość tej amplitudy będzie spadała wraz z oddalaniem się od centrum siatki. Wszystkie wytworzone siatki będą zatem apodyzowane.

-4000 -2000 0 2000 4000 6000 odległość [m] 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 ja sn o ść p ik se la [ 0 .. 1 ]

Rys. 7.21. Wykres rozkładu jasności promieniowania wiązki laserowej skupianej za pomocą soczewki cylindrycznej wykonany w osi poziomej X

W ramach doświadczenia wykonano również pomiar rozkładu promieniowania wiązki laserowej po przejściu przez układ zaprojektowanego peryskopu bez soczewki skupiającej. Na rysunku 7.22 przedstawiony został uzyskany rozkład promieniowania.

69

Na podstawie rozkładu jasności wiązki, możliwe było wyznaczenie profilu rozkładu promieniowania dla obu osi symetrii elipsy. Na wykresie 7.23 na osi pionowej znajdują się znormalizowane wartości jasności promieniowania.

-6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 odległość [m] 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 ja sn oś ć pi ks el a [0 ..1

] ^{rozkład w osi X}_{rozkład w osi Y}

Rys. 7.23. Wykres rozkładu jasności promieniowania wiązki laserowej wykonany w osi pionowej i poziomej.

Na podstawie wyznaczonej szerokości wiązki w obu osiach wyznaczyć można spłaszczenie elipsy, które wynosi 0,625. Po przejściu przez soczewkę cylindryczną osiągnęło ono wartość 0,015.

7.2.2. System dystansowania i obserwacji położenia włókna