测量He-Ne激光3.39μm光束发散角的偏光干涉法

　　许福运修瑞贵

　　(山东建筑工程学院济南250014)

　　光束发散性是决定脉冲及连续激光器用途的一个重要条件，激光束的发散角是决定有多少能量被传送到目标的主要因素，因而是影响激光加工、通讯效能的重要因素，并且光束发散角的精确测量对于激光束尺寸的测量和光学望远镜准直也是重要的。He一Ne激光器广泛应用于精密测量、光信息技术和光纤通信技术等许多领域中。本文介绍He一Ne激光器输出3.39um激光时，光束发散角的偏光干涉法测量方法和装置。

　　原理

　　基于双折射品体在正交偏光镜下干涉原理，这种方法勿需测量激光束斑尺寸，仅从红外变象管或红外底片上干涉条纹的数目就可确定激光束的发散角，测量装置如图1所示:

　　A为激光器、B为变束器、C、E为偏光镜、D为双折射晶体、F为红外变象管或红外底片。放置双折射晶体时，使起偏振器的偏振方向与晶体的快轴成角，以使光在双折射晶体中传播时，其。光振动与e光振动具有相等的振幅。根据物理光学，时，输出为亮条纹，时，输出为暗条纹。由于光束的发散性，各条光线通过晶体时，其寻常光和非常光之间将产生不同的位相差，因此红外变像管上将得到明暗相间的条纹。我们可从理论上计算出两相邻干涉条纹所对应的激光束发散角的大小

       .

　　这里n。、n.分别是双折射晶体的主折射率，入为入射光波长，l为晶体长度，O为晶体光轴与寻常光传播方向之间的夹角，n。(的为与角度有关的折射率，n。(的满足下式:

　　只需数出红外底片或红外变象管的条纹数N就可确定激光束的发散角为N阳.

　　由于3.39激光的发散角一般只为几个mrad，为提高测量精度，一般先对激光束发散角进行放大处理，增加干涉条纹数，然后再将结果除以放大倍数。一般认为用薄透镜就可以做到这一点，但我们研究发现由于薄透镜对发散角的放大倍数与它到高斯光束光腰的位置及原发散角的大小有关，不可能精确知道薄透镜的放大倍数[21.我们曾用嗅化钾晶体材料设计过一种3.39激光束变束棱镜，其放大倍数由设计参数决定，它与光束光腰的距离无关，在20mrad内与原发散角的大小无关.如取放大倍数为10，那么加上这种变束棱镜后，其发散角测量精度将提高一个数量级。

　　理论

　　该测量装置测量精度主要取决于双折射晶体的长度、光轴取向及双折射率的大小。起偏振器和检偏振器的调整要求不太严格，一般选取两者正交或平行均可，它们的取向只影响条纹的对比度，而不影响条纹问距。起偏振器和检偏器可用几种不同的材料制成，如正钒酸忆品体，方解石品体，金红石晶体。双折射品体可以用正钒酸忆、金红石品体和三角晶系的硒品体。在3.39处，对正钒酸忆晶体，对于金红石晶体，对于三角晶系硒品体，.由于方解石晶体在3.39um处具有强烈的二向色性，利用光轴在通光平面内的方解石平行平板，在此波长下可制做消光比和透过率较好的偏光镜。在3.39处利用正钒酸忆晶体制作格兰泰勒偏光镜，用金红石可制作格兰傅科偏光镜和利用方解石平板制作的偏光镜都已成功地应用在某些实验中。在偏光干涉法测量激光束发散角的实验中，可以利用上面介绍的偏光镜和双折射晶体，几种装置所用的偏光镜和双折射晶体的具体结构及测量时两相邻干涉亮纹所对应的激光发散角加的大小见表1。