В явление фокусировки светового пучка

приведены диаметры фокальных пятен лазеров, измеренные экспериментально; они существенно отличаются от результатов теоретических расчетов. Эти различия объясняются, в частности, несовершенством линз и начальными расходимостями лазерного пучка. В явление фокусировки светового пучка большую роль играет сферическая аберрация. Ее влияние на формирование фокуса детально проанализировали Аарон, Айленд и Морган. Они определили с помощью интеграла Кирхгофа-Френеля форму фокуса для разных значений сферической аберрации линзы. Теоретические результаты были подтверждены экспериментально методом двухфотонной люминесценции, который был впервые применен для этой цели Бункиным и др. Правильная оценка истинных размеров фокуса чрезвычайно важна в многофотонных процессах, а также во многих областях нелинейной оптики. В идеальной оптической системе размеры фокуса зависят, прежде всего, от начальной  расходимости пучка , а также, от дифракции на линзе. Влияние дифракции уже рассмотрено выше (см. формулы (38.1) (38.4)). Реальная линза искажает сферический фронт волны. Аарон и др. описали это искажение с помощью некоторой функции аберрации Ф, зависящей от фокусного расстояния f, показателя преломления n материала линзы и от диаметра D линзы, заполненного светом. Максимальное значение Фmax рассматривается как наибольшее отклонение действительного фронта волны от идеальной сферической формы. Удобнее всего представить значение Ф в единицах . Опуская выкладки и достаточно громоздкие вычисления, приведем лишь основные результаты этих расчетов (табл. 38.2) для неодимового лазера(мкм). Искажение фронта волны, воз­никающее вблизи идеального фокуса линзы, приводит благодаря интерференции к значительным колебаниям интенсивности света и удлинению области действительного фокуса в направлении линзы. Этот эффект проиллюстрирован на рис. 38.1. В части а рисунка представлены результаты вычислений, а в части б — действитель­ные размеры фокуса. Распределение лучистой энергии в области фо­куса зарегистрировано методом ДФЛ. Световой пучок неодимового лазера фокусировался в кювету с родамином 6G, растворенным в этаноле. Места с высокой плотностью лучистой мощности отлича­лись интенсивным оранжево-зеленым свечением, которое обуслов­лено двухфотонной люминесценцией. Анализ рис.38.1 показывает, что при значении сферической аберрации, превышающем 100 X, понятие фокуса вообще теряет смысл.

Из работы Аарона и др. следуют важные выводы, которые нужно всегда иметь в виду при фокусировке интенсивных лазерных световых пучков. Во-первых, если , невозможно повысить плот­ность мощности в фокусе путем увеличения диаметра пучка или уменьшения фокусного расстояния линзы. Во-вторых, упрощенные формулы можно использовать для определения размеров фокуса только при

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector