Лазерный мир

Трофимов В. А., Варенцова С. А. // Изв. Вузов. Приборостроение. 2008. Т. 51, № 4, с:51-58, УДК 535.36

Предложен новый метод восстановления формы импульса и профиля лазерного пучка, основанный на использовании интегральных измерений энергии лазерного излучения. В одномерном случае работоспособность и эффективность алгоритма продемонстрирована на примере восстановления отклика молекулы L-cystine при воздействии малопериодного терагерцового импульса. Для пространственно двумерной области предложенный метод позволяет получить высокоточное восстановление модельных профилей пучка. Аналогичное восстановление профиля пучка, выполненное на основе методов оптической томографии, существенно уступает по качеству.

Как известно, для многих практических приложений, основанных на применении лазерного излучения, необходимо использовать оптическое излучение с определенными профилем пучка и формой импульса. Измерение данных характеристик в физических экспериментах в ряде случаев (например, для излучения терагерцового диапазона) является достаточно трудной задачей. Для этих целей используются автокорреляционные функции или пространственное преобразование Фурье.

В настоящей работе описывается метод восстановления формы импульса (или отклика среды) и профиля пучка, основанный на интегральных измерениях их характеристик: для временной зависимости — в частично перекрывающихся временных интервалах, а для пространственного распределения — в разнонаправленных „полосах“.
Информация о форме воздействующего импульса (или отклика среды) представляет интерес прежде всего для решения задач терагерцовой пространственно-временной спектроскопии, основной целью которых является временной анализ спектра отклика среды. Существующие алгоритмы не всегда корректны [1]. Поэтому создание нового алгоритма для реконструкции формы импульса и соответственно мгновенного анализа спектра под действием терагерцового лазерного импульса является в настоящее время актуальной задачей.

Ранее [2—4] нами были предложены два возможных алгоритма анализа мгновенной спектральной интенсивности среды под действием ультракороткого импульса. В первом алгоритме [2] использовалось „оконное“ преобразование Фурье—Габора. Однако этот алгоритм
дает возможность получить динамику только одной спектральной линии для одной серии измерений. Второй алгоритм [3, 4] позволяет по одной серии измерений энергии лазерного импульса (отклика среды) восстановить его форму и получить информацию о динамике всего
спектра или нескольких спектральных линий сразу. При этом эффективность алгоритма была исследована в [3] применительно к пространственным распределениям, обладающим аксиальной симметрией. Приведенные результаты восстановления модельных функций, описывающих пространственный профиль пучка, продемонстрировали высокую точность развиваемого метода. При этом восстановление пространственного распределения интенсивности лазерного излучения более общего вида в этой работе не обсуждалось.

Развиваемый в настоящей работе подход обобщается именно на случай восстановления несимметричного профиля пучка. Проведенные расчеты показали высокую точность восстановления профиля. Отметим, что ранее аналогичная задача решалась в [5] методом оптической томографии. Однако на данный момент он не позволяет достичь точности, сравнимой с результатами метода SVD-восстановления (Singular Value Decomposition), представленного в настоящей работе.

Полное содержание статьи: http://pribor.ifmo.ru/file/journal/137.pdf