zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-913Research ArticleСтатьиОпределение параметров качества бесселевых световых пучков высших порядковEstimation of the Quality Parameters of Bessel Light Beams of Higher OrdersРыжевичА. А.RyzhevichA. A.

Минск

Minsk

БалыкинИ. В.BalykinI. V.

Минск

Minsk

tol@dragon.bas-net.byЖелезняковаТ. А.ZheleznyakovaT. A.

Минск

Minsk

Институт физики НАН Беларуси; Белорусский государственный университетB. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Belarus; Belarusian State UniversityИнститут физики НАН БеларусиB. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of BelarusБелорусский государственный университетBelarusian State University202110102021885792806Copyright © Рыжевич А.А., Балыкин И.В., Железнякова Т.А., 20212021Рыжевич А.А., Балыкин И.В., Железнякова Т.А.Ryzhevich A.A., Balykin I.V., Zheleznyakova T.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/913

Предложена методика оценки качества бесселевых световых пучков высших порядков (БСПn, порядок n > 0) посредством анализа цифровых компьютерных изображений двумерных поперечных распределений интенсивности. Для оценки качества в конкретном поперечном сечении БСПn достаточно одного изображения. Описаны алгоритмы, обеспечивающие корректное выполнение методики: алгоритм оценки положения оси кольцевого пучка на основе кластерного анализа, алгоритм оценки начального приближения параметра конусности при аппроксимации экспериментальных диаметральных распределений интенсивности квадратом функции Бесселя, основанный на анализе спектральной плотности мощности диаметрального распределения. Предложенная методика и алгоритмы реализованы в виде расширения для программного комплекса анализа качества БСП. С использованием программного комплекса методика экспериментально апробирована на примере анализа качества БСП1, формируемого с помощью кристаллов KTP (KTiOPO4) и KGW (KGd(WO4)2) из излучения полупроводникового лазерного модуля (ППЛМ) и гелий-неонового лазера (ЛГН). Показано, что пучок, формируемый из излучения ЛГН, сохраняет постоянство радиуса вдоль различных азимутальных направлений и соответствие формы идеальному БСП1 на большем расстоянии от аксикона, чем ППЛМ, но при этом быстрее теряет постоянство интенсивности вдоль различных азимутальных направлений в первом кольце.

A method is proposed to assess the quality of Bessel light beams of higher orders (BLBn, order n> 0) by analyzing digital computer images of two-dimensional transverse intensity distributions. One image is sufficient to assess the quality in a specific cross-section of the BLBn. Algorithms are described that ensure the correct implementation of this technique, namely, the algorithm for the annular beam axis position estimation based on cluster analysis, the algorithm of the estimation of the initial approximation of the cane parameter when approximating the experimental diametral intensity distributions by the square of the Bessel function based on the analysis of the spectral power density of diametral intensity distribution. The proposed method and algorithms are implemented as an extension for the software package for analyzing the quality of Bessel light beams. Using a software package, the technique was experimentally tested on the example of analyzing the quality of BLB1 formed using KTP (KTiOPO4) and KGW (KGd(WO4)2) crystals from the radiation of a semiconductor laser module (SCLM) and helium-neon laser (HNL). It is shown that the beam formed from the HNL retains the constancy of the radius along different azimuthal directions and conformity of the shape to the ideal BLB1 at a larger distance from the axicon than the SCLM, but at the same time it loses the constancy of the intensity along different azimuthal directions in the first ring more quickly.

бесселев световой пучокпараметры качества световых пучкованализ поперечных распределений интенсивностиалгоритмы обработки изображенийBessel light beamquality parameters of light beamsanalysis of transverse intensity distributionsimage processing algorithmsReferencesJ. Durnin. J. Opt. Sos. Am. A, 4, N 4 (1987) 651-654J. Durnin. J. Opt. Sos. Am. A, 4, N 4 (1987) 651-654F. Gori, G. Guattari, C. Padovani. Opt. Commun., 64, N 6 (1987) 491-494F. Gori, G. Guattari, C. Padovani. Opt. Commun., 64, N 6 (1987) 491-494R. Borghi, M. Santarsiero. Opt. Lett., 22 (1997) 262-264R. Borghi, M. Santarsiero. Opt. Lett., 22 (1997) 262-264R. M. Herman, T. A. Wiggins. Appl. Opt., 37 (1998) 3398-3400R. M. Herman, T. A. Wiggins. Appl. Opt., 37 (1998) 3398-3400G. Rousseau, D. Gay, M. Piché. Opt. Commun., 265, N 1 (2006) 261-269G. Rousseau, D. Gay, M. Piché. Opt. Commun., 265, N 1 (2006) 261-269G. Rousseau, D. Gay, M. Piché. J. Opt. Soc. Am. A, 22, N 1 (2005) 1274G. Rousseau, D. Gay, M. Piché. J. Opt. Soc. Am. A, 22, N 1 (2005) 1274G. Rousseau, D. Gay, M. Piché. Opt. Express, 13, N 19 (2005) 7589G. Rousseau, D. Gay, M. Piché. Opt. Express, 13, N 19 (2005) 7589С. Н. Лосев. Получение и исследование нерасходящихся (бесселевых) пучков от полупроводниковых лазеров и светодиодов, дис. … канд. физ.-мат. наук, СПб (2014)С. Н. Лосев. Получение и исследование нерасходящихся (бесселевых) пучков от полупроводниковых лазеров и светодиодов, дис. … канд. физ.-мат. наук, СПб (2014)H. Cheng. Opt. Commun., 475 (2020) 126213H. Cheng. Opt. Commun., 475 (2020) 126213ГОСТ Р ИСО 11145-2016. Оптика и фотоника. Лазеры и лазерное оборудование. Термины, определения и буквенные обозначения, Москва, Стандартинформ (2016)ГОСТ Р ИСО 11145-2016. Оптика и фотоника. Лазеры и лазерное оборудование. Термины, определения и буквенные обозначения, Москва, Стандартинформ (2016)ISO 11145:2016 Optics and photonics - Lasers and laser-related equipment - Vocabulary and symbolsISO 11145:2016 Optics and photonics - Lasers and laser-related equipment - Vocabulary and symbolsА. А. Рыжевич, И. В. Балыкин, Т. А. Железнякова. Журн. прикл. спектр., 85, № 1 (2018) 144-153А. A. Ryzhevich, I. V. Balykin, T. A. Zheleznyakova. J. Appl. Spectr., 85 (2018) 134-142И. В. Балыкин. Сб. науч. тр. междунар. школы-конф. молодых ученых и специалистов “Современные проблемы физики”, 4-6 ноября 2020 г., Ин-т физики НАН Беларуси, Минск (2020) 41-42И. В. Балыкин. Сб. науч. тр. междунар. школы-конф. молодых ученых и специалистов “Современные проблемы физики”, 4-6 ноября 2020 г., Ин-т физики НАН Беларуси, Минск (2020) 41-42А. А. Рыжевич. Опт. журн., 68, № 3 (2001) 54-55А. А. Рыжевич. Опт. журн., 68, № 3 (2001) 54-55И. В. Балыкин, В. А. Базылевич, Т. А. Железнякова, С. В. Солоневич, А. А. Рыжевич. Молодежь в науке-2015. Приложение к журналу Весцi Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-мат. навук, ч. 4 (2015) 3-11И. В. Балыкин, В. А. Базылевич, Т. А. Железнякова, С. В. Солоневич, А. А. Рыжевич. Молодежь в науке-2015. Приложение к журналу Весцi Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-мат. навук, ч. 4 (2015) 3-11И. В. Балыкин, Т. А. Железнякова, А. А. Рыжевич. Сб. науч. тр. междунар. школы-конф. молодых ученых и специалистов “Современные проблемы физики”, 13-15 июня 2018 г., Ин-т физики НАН Беларуси, Минск (2018) 71-75И. В. Балыкин, Т. А. Железнякова, А. А. Рыжевич. Сб. науч. тр. междунар. школы-конф. молодых ученых и специалистов “Современные проблемы физики”, 13-15 июня 2018 г., Ин-т физики НАН Беларуси, Минск (2018) 71-75I. V. Balykin, A. A. Ryzhevich, A. G. Mashchenko V. E. Leparskii, N. A. Khilo. Журн. прикл. спектр., 83, спецвыпуск 6-16, ч. 3 (2016) 453-454I. V. Balykin, A. A. Ryzhevich, A. G. Mashchenko V. E. Leparskii, N. A. Khilo. Журн. прикл. спектр., 83, спецвыпуск 6-16, ч. 3 (2016) 453-454J. MacQueen. Proc. Fifth Berkeley Symposium on Mathematical Statistics and Probability, University of California Press, Berkeley (1967) 281-297J. MacQueen. Proc. Fifth Berkeley Symposium on Mathematical Statistics and Probability, University of California Press, Berkeley (1967) 281-297Martin Ester, Hans-Peter Kriegel, Jörg Sander, Xiaowei Xu. Proc. Second International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining (KDD-96), 1996, Eds Simoudis, Evangelos; Han, Jiawei; Fayyad, M. Usama, AAAI Press (1996) 226-231, CiteSeerX 10.1.1.121.9220. – ISBN 1-57735-004-9Martin Ester, Hans-Peter Kriegel, Jörg Sander, Xiaowei Xu. Proc. Second International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining (KDD-96), 1996, Eds Simoudis, Evangelos; Han, Jiawei; Fayyad, M. Usama, AAAI Press (1996) 226-231, CiteSeerX 10.1.1.121.9220. – ISBN 1-57735-004-9http://www.mathworks.com/matlabcentral/files/3215/fit_ellipse.m.http://www.mathworks.com/matlabcentral/files/3215/fit_ellipse.m.А. П. Прудников, Ю. А. Брычков, О. И. Маричев. Интегралы и ряды, т. 2. Специальные функции, Москва, Физматлит (2003)А. П. Прудников, Ю. А. Брычков, О. И. Маричев. Интегралы и ряды, т. 2. Специальные функции, Москва, Физматлит (2003)W. Koepf. Hypergeometric Summation: An Algorithmic Approach to Summation and Special Function Identities, Braunschweig, Germany, Vieweg (1998)W. Koepf. Hypergeometric Summation: An Algorithmic Approach to Summation and Special Function Identities, Braunschweig, Germany, Vieweg (1998)А. А. Рыжевич, И. В. Балыкин. Сб. науч. тр. VI конгресса физиков Беларуси, 20-23 ноября 2017 г., Ин-т физики НАН Беларуси, Минск (2017) 371-372А. А. Рыжевич, И. В. Балыкин. Сб. науч. тр. VI конгресса физиков Беларуси, 20-23 ноября 2017 г., Ин-т физики НАН Беларуси, Минск (2017) 371-372

The authors declare that there are no conflicts of interest present.