Влияние угла падения на мощность отраженного луча от уголкового ретрорефлектора

Мощность луча, выходящего из призматических ретрорефлекторов, может колебаться вокруг среднего значения при изменении угла падения (УП). Это происходит из-за эффекта многолучевой интерференции, который может возникнуть тогда, когда длина когерентности источника света как минимум в два раза превышает длину оптического пути через ретрорефлектор.

Когда лицевая грань ретрорефлекстора имеет антибликовое покрытие, амплитуды колебаний для всех УП существенно уменьшаются. Полые ретрорефлекстора с металлическим покрытием создают выходные лучи, мощность которых не зависит от УП.

Путь луча

Эти уголковые ретрорефлекторы создают выходной луч, который движется в параллельном и противоположном направлении относительно падающего луча. На рисунке 1 показан путь одного луча через ретрорефлектор.

Рисунок 1. Путь луча через уголковый ретрорефлектор включает в себя отражение от каждой из трех задних поверхностей в порядке, определяемом положением падающего луча. Падающий луч, показанный выше, имеет УП 0° и смещен от вершины

УП определяется использованием базовой оси, перпендикулярной лицевой грани ретрорефлектора. Эта ось проходит через вершину и равноудалена от трех задних граней.

Отражение от лицевой грани

Как показано на рисунке 2, через призматический ретрорефлектор свет может проходить несколько раз, в зависимости от того, отражается он от границы раздела или проходит через неё между лицевой гранью и окружающей средой.
 

Рисунок 2. Поскольку показатели преломления стекла и воздуха отличаются, луч претерпевает отражение от лицевой грани. Отраженный свет может многократно проходить через ретрорефлектор перед выходом. В итоге когерентные перекрывающиеся лучи создают интерференционные эффекты.

Условия интерференции

Поскольку выходящее из призматического ретрорефлектора излучение состоит из лучей, которые прошли разную длину оптического пути, они будут создавать помехи в тому случае, когда:

• УП падающего луча близок к 0°, а выходная мощность измеряется ближе к ретрорефлектору, что наиболее вероятно приводит к перекрытию лучей. На больших расстояниях отклонение луча, указанное для ретрорефлектора и УП, будет более широко разделять лучи первого и третьего прохода.
• длина когерентности источника больше, чем разница в длине пути между первичным лучом и перекрывающимся лучом, который сделал более одного прохода через ретрорефлектор.

Сравнение уголковых ретрорефлекторов

Изменение выходной мощности с малым УП сравнивалось для четырех различных типов уголковых ретрорефлекторов: призма с полным внутренним отражением, призма с золотым покрытием, призма с просветляющим покрытием и призма с полой конструкцией. В качестве источника света использовался лазерный диод на длине волны 1064 нм с длиной когерентности несколько метров, а детектор мощности располагался в 30 см от передней грани ретрорефлекторов. Размер луча был достаточно мал, чтобы каждое отражение происходило от одной грани.

На рисунке 3 показаны нормированные измерения для призматических ретрорефлекторов c полным внутренним отражением. По мере увеличения УП центры лучей первого и третьего прохода отдалялись друг от друга. При УП, превышающим примерно ±1°, диаметры лучей 1/e2 перестают перекрываться. Это приводит к уменьшению амплитуды колебаний. Диапазон УП, в котором колебания были значительными, увеличился бы, если бы детектор располагался ближе к передней грани.

Рисунок 3. Зависимость выходной мощности от УП для призматического ретрорефлектора c полным внутренним отражением.

На рисунке 4 показан график с рисунка 3, а также кривые для трех других ретрорефлекторов в том же масштабе, но с вертикальным смещением для наглядности. Эти результаты показывают, что призматические ретроотражатели с просветляющим покрытием подавляют амплитуду колебаний мощности выходного луча. Выходная мощность полых ретроотражателей не колеблется, поскольку на лицевой грани нет никакого граничного материала.

Рисунок 4. Зависимость выходной мощность от УП в зависимости от типа уголкового ретроотражателя. Измерения, аналогичные рисунку 3, были нормированы к идентичному масштабу, а кривые были смещены по вертикали для наглядности. Амплитуда колебаний сильно подавляется при наличии просветляющего покрытия. Для полого ретрорефлектора колебаний амплитуды не наблюдалось.

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по поставке лабораторного и научного оборудования производства Thorlabs на территории РФ