Automatic method to measure the numerical aperture of a propagating Gaussian light beam

• Samuel I. Zapata-Valencia ^[1] ; Heberley Tobon-Maya ^[1] ; Jorge Garcia-Sucerquia ^[1]
  1. [1] Universidad Nacional de Colombia

     Universidad Nacional de Colombia

     Colombia

     
• Localización: Óptica pura y aplicada, ISSN-e 2171-8814, Vol. 55, Nº. 1 (La Óptica en Colombia), 2022
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Método automático para la medición de la apertura numérica de haces de luz Gaussianos
• Enlaces
  • Texto completo (pdf)
• Resumen
  • español

    En este trabajo se presenta un método automático para la medición de la Apertura Numérica (NA) para haces Gaussianos de luz. El método propuesto utiliza dos registros de intensidad del haz de luz en diferentes distancias a lo largo del eje de propagación y el algoritmo de Levenberg-Marquardt para encontrar la desviación estándar de los perfiles de intensidad, necesarios para calcular NA. Este manuscrito presenta el desarrollo matemático básico, la implementación y la evaluación del método, para haces de luz simulados numéricamente y registrados experimentalmente. El desempeño de este método presenta un R-cuadrado de 0.99 para los datos simulados y un error medio del 3.72% para los haces Gaussianos producidos por elementos comerciales con NA calibradas por sus fabricantes.

  • English

    In this work, an automatic method to measure the numerical aperture (NA) of a propagating Gaussian light beam is presented. The proposed method uses two separated digital intensity recordings of the light beam along its propagation axis and a Levenberg–Marquardt minimization algorithm to find the standard deviation of the intensity profiles, needed for the accurate computation of the NA. The manuscript presents the mathematical basis, implementation and testing of the method, with both simulated and experimental light beams. The performance of the automatic method shows a R-square of 0.99 regarding the simulated data and a 3.72% of error with respect to the experimental Gaussian light beams produced by commercially NA graded optical systems.