Free Student HQ / FSHQ / "Штаб-Квартира свободного Студента"

Энергетические и пространственные параметры лазерного излучения

Независимо от физической природы активного элемента оптического квантового генератора к основным характеристикам лазерного излучения относятся:

- энергия;
- мощность;
- угловая расходимость;
- монохроматичность;
- поляризация;
- когерентность.

В рамках волновой теории поля под когерентностью понимают согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов. Любой колебательный (волновой) процесс характеризуется амплитудой А, периодом Т (или частотой v - 1/T) и фазой α и описывается выражением вида:

X = Acos (2πvt + α).

Если разность фаз двух колебаний остается постоянной или меняется достаточно медленно во времени, то такие колебания принято характеризовать временной когерентностью.

В реальных световых пучках амплитуда и фаза меняются не только в направлении распространения волны, но и в плоскости, перпендикулярной этому направлению. Для описания когерентных свойств волны в направлении, перпендикулярном к направлению ее распространения, применяют термин «пространственная когерентность». Пространственная когерентность лазерного излучения сохраняется во всем поперечном сечении светового пучка, ввиду того, что она образуется в результате согласованного вынужденного излучения во всем объеме активного элемента. Временная и пространственная когерентность является одной из наиболее важнейших характеристик и определяет ряд других параметров лазерного излучения. Высокая пространственная когерентность лазерного излучения приводит к узкой диаграмме направленности распространения его энергии. Направленность излучения определяется телесным углом, охватывающим основную часть излучаемой энергии, поэтому направленность называют угловой расходимостью лазерного излучения. Ось диаграммы направленности лазерного излучения представляет собой прямую, проходящую через максимум углового распределения энергии. Вид диаграммы направленности пучка, сформированного плоским резонатором, определяется дифракцией волны на выходном зеркале резонатора и, следовательно, зависит от размера и формы поперечного сечения пучка и вида распределения поля по зеркалу резонатора. За величину расходимости при дифракционном ограничении принимается угол между направлениями на первые дифракционные минимумы:

θдиф = KD (λ / D)
где KD - коэффициент, зависящий от вида распределения в поперечном сечении пучка и формы активного элемента; D - диаметр активного элемента.

Поляризация лазерного излучения полностью определяется изменением во времени t вектора напряженности электрического поля E(r,t), наблюдаемого в фиксированной точке пространства. Известно, что строго монохроматическое излучение всегда поляризовано, т.е. конец электрического вектора в каждой точке пространства движется периодически, описывая в общем случае эллипс, который в частных случаях может вырождаться в круг или в прямую линию. Реальное квазимонохроматическое лазерное излучение можно рассматривать как сумму полностью неполяризованной и полностью поляризованной волн, не зависящих друг от друга. С помощью вращаемого поляризатора, установленного по оси диаграммы направленности лазерного излучения, можно определить зависимость интенсивности лазерного излучения от угла поворота плоскости поляризации. При линейно поляризованном излучении данная зависимость выражается в виде:

τ = τ0 * sin²θ
где θ - угол поворота поляризатора.

Поляризационные свойства лазерного излучения находят применение при создании датчиков, регистрирующих разворот объекта относительно продольной оси лазерного пучка, кодирования и декодирования лазерного излучения с целью создания реперной оси, снижения помех, возникающих в оптических элементах оптических систем.

Монохроматичность лазерного излучения позволяет осуществить высокую концентрацию энергии и ее спектральную плотность. Если лазерный излучатель работает в непрерывном режиме, то основной его энергетической характеристикой является мощность излучения Р, которая для различных типов лазеров может изменяться от десятых долей милливатта до сотен киловатт. В импульсном режиме работа лазера характеризуется энергией излучения в импульсе W и длительностью импульса τ. В этом случае средняя мощность излучения в импульсе определяется из выражения

P = W/τ

Очевидно, что при одной и той же энергии излучения средняя мощность в значительных пределах изменяется от длительности генерируемого импульса.

 

Сайт создан в 2012 г. © Все права на материалы сайта принадлежат его автору!
Копирование любых материалов сайта возможно только с разрешения автора и при указании ссылки на первоисточник.
Яндекс.Метрика