Estimation of the Quality Parameters of Bessel Light Beams of Higher Orders
Abstract
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.
About the Authors
A. A. RyzhevichBelarus
Minsk
I. V. Balykin
Belarus
Minsk
T. A. Zheleznyakova
Belarus
Minsk
References
1. J. Durnin. J. Opt. Sos. Am. A, 4, N 4 (1987) 651-654
2. F. Gori, G. Guattari, C. Padovani. Opt. Commun., 64, N 6 (1987) 491-494
3. R. Borghi, M. Santarsiero. Opt. Lett., 22 (1997) 262-264
4. R. M. Herman, T. A. Wiggins. Appl. Opt., 37 (1998) 3398-3400
5. G. Rousseau, D. Gay, M. Piché. Opt. Commun., 265, N 1 (2006) 261-269
6. G. Rousseau, D. Gay, M. Piché. J. Opt. Soc. Am. A, 22, N 1 (2005) 1274
7. G. Rousseau, D. Gay, M. Piché. Opt. Express, 13, N 19 (2005) 7589
8. С. Н. Лосев. Получение и исследование нерасходящихся (бесселевых) пучков от полупроводниковых лазеров и светодиодов, дис. … канд. физ.-мат. наук, СПб (2014)
9. H. Cheng. Opt. Commun., 475 (2020) 126213
10. ГОСТ Р ИСО 11145-2016. Оптика и фотоника. Лазеры и лазерное оборудование. Термины, определения и буквенные обозначения, Москва, Стандартинформ (2016)
11. ISO 11145:2016 Optics and photonics - Lasers and laser-related equipment - Vocabulary and symbols
12. А. A. Ryzhevich, I. V. Balykin, T. A. Zheleznyakova. J. Appl. Spectr., 85 (2018) 134-142
13. И. 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) 41-42
14. А. А. Рыжевич. Опт. журн., 68, № 3 (2001) 54-55
15. И. 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) 3-11
16. И. 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) 71-75
17. I. V. Balykin, A. A. Ryzhevich, A. G. Mashchenko V. E. Leparskii, N. A. Khilo. Журн. прикл. спектр., 83, спецвыпуск 6-16, ч. 3 (2016) 453-454
18. J. MacQueen. Proc. Fifth Berkeley Symposium on Mathematical Statistics and Probability, University of California Press, Berkeley (1967) 281-297
19. Martin 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 1-57735-004-9
20. http://www.mathworks.com/matlabcentral/files/3215/fit_ellipse.m.
21. А. П. Прудников, Ю. А. Брычков, О. И. Маричев. Интегралы и ряды, т. 2. Специальные функции, Москва, Физматлит (2003)
22. W. Koepf. Hypergeometric Summation: An Algorithmic Approach to Summation and Special Function Identities, Braunschweig, Germany, Vieweg (1998)
23. 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) 371-372
Review
For citations:
Ryzhevich A.A., Balykin I.V., Zheleznyakova T.A. Estimation of the Quality Parameters of Bessel Light Beams of Higher Orders. Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii. 2021;88(5):792-806. (In Russ.)