ОПРЕДЕЛЕНИЕ И СВОЙСТВА БЕССЕЛЕВЫХ ПУЧКОВ Пучка Бесселя представляет собой пучок, у которого электрическое поле описывается нулевым порядком функции Бесселя первого рода J: 𝐸(𝑟, 𝜑, 𝑧) = 𝐴0 𝑒𝑥𝑝(𝑖𝑘𝑧 𝑍)𝐽0 (𝑘𝑟 𝑟) (4) где r и 𝜑 - это поперечные и полярные координаты; z - это координата в направлении распространения; 𝑘𝑧 и 𝑘𝑟 - продольный и радиальный волновые вектора. В более общем смысле, термин пучка Бесселя может ссылаться на функции высшего порядка, хотя здесь это игнорируется. Так как интенсивность луча пропорциональна квадрату напряженности электрического поля для пучка Бесселя. Этот пучок не появляется одним пятном, а представляет собой серию концентрических колец (рис. 1.). Рисунок 1 - Пучок Бесселя. Количество колец Бесселева пучка должно быть бесконечно, однако, в лабораторных условиях генерация Бесселевых пучков из-за наличия конечных апертур производит Бесселевы пучки с конечными размерами. Важно отметить, что в дальнем поле, также разделение волновых векторов увеличивается, интенсивность пучков в центральной оси уменьшается и, в конечном счете, достигает нулевого значения, это соответствует кольцевому пучку. Кольцевой пучок представляет собой пучок с распределением интенсивности, сосредоточенном не на оси интенсивности, а в кольце, как представлено на рис. 2. Рисунок 2 – Кольцевой пучек. Существует несколько видов кольцевых пучков в зависимости от распределения интенсивности излучения внутри кольцевого пространства. Кольцевой пучок может быть образован также путем вычитания двух Гауссовых пучков с той же максимальной интенсивностью, но с другой каустикой пучка. В этом случае результирующая интенсивность пучка будет: 2𝑟 2 2𝑟 2 𝐼(𝑟, 𝜃) = 𝐼0 [exp (− 2 ) − exp (− 2 )] 𝜔1 𝜔2 (5) где 1 и 2 - соответствуют каустике пучка от двух Гауссовых пучков Пожалуй, самым важным оптическим свойством для обработки материалов является протяженность глубины резкости Бесселевых пучков. Этот «бездифракционный» эффект возникает в результате минимального расплывания в центральной части пучка при распространении волны. Другой важной особенностью бесселевых пучков является значительно большая, по сравнению с гауссовыми пучками, глубина поля. Издержками этого увеличения глубины резкости является то, что оптическая энергия распределяется между кольцами в картине и собственный бездифракционный пучок Бесселя достигается за счет мощности и контраста. Следующее оптическое свойство Бесселевых пучков, это их способность восстановления после препятствия, которое обычно называют «эффект самоисцеления». Это можно понять, рассматривая построение Бесселева пучка в виде суперпозиции плоских волн, распространяющихся по конусу. Таким образом, и помеха находится в центре пучка, она будет блокировать некоторые пучки, а остальные будут опять интерферировать после препятствия. Это уникальное свойство может способствовать смягчению последствий от обломков и других продуктов лазерной обработки, что может частично блокировать случайные пучки. С обычными пучками, такая блокировка может привести к неоднородностям при обработке. Для формирования бесселевых пучков применяются рефракционные оптические схемы с использованием аксиконов, дифракционные и голографические элементы оптические фазовые пластинки и фазовые маски, волоконно-оптические элементы, а также пространственные модуляторы света.