6 кластер (1060957)
Текст из файла
Глаза ХгХ ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ЛАЗЕРОВ 1ОЗ. Свойства излучения лазеров Излучение лазеров характеризуется высокой монохроматичностью, острой направленностью, большой мощностью, является когерентиым и поляризованным. Эти свойства присущи в той илн иной степени всем лазерам, независимо от их типа и конкретных технических данных.
Монохроматичность источника оценивают шириной спектра ЬХ, которая определяется на уровне интенсивности спектральной линии, равной половине максимального значения. Для газовых лазеров ширина спектральной линии составляет 10-' ... 10-' нм, для твердотельных — 1О-' ... 10 ' нм, для полупроводниковых— 1 ... 10 нм.
У газовых лазеров ширина спектральной линии может быть уменьшена до!О-' нм. Указанное свойство излучения лазера эффективно используется для спектральной селекции полезного сигнала на фоне внешних помех. Направленность излучения характеризуется значением телесного или соответствующего ему плоского угла, внутря которого распространяется поток излучения. Угловая расходимость лазерного пучка, характеризуемая плоским углом, составляет единицы минут для газовых лазеров, несколько десятков минут для твердотельных и от единиц до десятков градусов для полупроводниковых лазеров.
Высокая степень направленности лазерного пучка позволяет осуществлять пространственную селекцию облучаемого объекта, получать высокое угловое разрешение, создавать на облучаемом объекте большую энергетическую освещенность. Мощность излучения, нли поток излучения„создаваемая лазером, зависит от типа лазера. У газовых лазеров, работающих в непрерывном режиме, мощность излучения составляет от единиц миллнватт до единиц ватт, у полупроводниковых — до единиц киловатт, у твердотельных, работающих в импульсном режиме,— до'10" Вт. При этом следует иметь в виду, что расходимость лазерного пучка не превышает нескольких минут, поэтому даже при мощности излучения, измеряемой в миллнваттах, лазер имеет эне гетическую силу света до 10з Вт ср-'.
о сравнению с другими источниками излучения лазеры обладают самой высокой степенью когерентиости. Это свойство лазеров используется в оптических системах для передачи и приема информации на оптических частотах, при создании эталонов длины, в интерферометрах н в других случаях. 31З 104. Параметры пучка лазера н основные соотношения прн его преобразовании оптической системой Лазерный пучок, выходящий из резонатора произвольной конфигурации, имеет своеобразную структуру, не являясь пучком гомоцентрических лучей (рис. 247).
Эти лучи совпадают с нормалями к волновому фронту, который вблизи оси можно считать сферическим. В некотором сечении волновой фронт является плоским. В этом месте лазерный пучок имеет минимальный поперечный размер 2у (перетяжку). Положение перетяжки относительно вершин зеркал резонатора определяют по формулам 113): (459) (460) 319 з~ = Щ.
(1 — йг)/(аг + й. — 2йгаз); з, бй, (1 — й,)/(й, + й, — 2й,й,), Излучение лазеров почти всех типов является поляризованным. Если торцы активных элементов лазера расположены под углом Брюстера, то излучение будет линейно поляризованным. Это свойство излучения лазера используется при разработке различных приборов, принцип действия которых основан на эффектах в поляризованном излучении. Применение лазеров как источников излучения для решения различных задач в большинстве случаев требует разработки оптических систем, служащих для преобразования лазерного излучения. С помощью таких систем могут решаться следующие задачи: концентрация лазерного излучения в пятно малых размеров (фокусировка); преобразование лазерного пучка в пучок с малым углом расходимости (коллимация); формирование лазерного пучка в пучок с необходимыми параметрами для согласования с последующей оптической системой (согласование).
Указанные выше свойства излучения лазеров предъявляют яд специфических требований к конструкции оптических систем. ольшая мощность лазерного излучения обусловливает чрезвычайно высокие значения энергетической освещенности, особенно в местах концентрации излучения. Поэтому в этих местах не следует устанавливать оптические детали. Материал оптических деталей необходимо выбирать с учетом их лучевой прочности. Для сохранения состояния поляризации излучения лазера поверхности отражающих и преломляющих оптических деталей следует располагать так, чтобы углы падения лучей не превышали критических значений. Высокая степень когереитности излучения лазеров в некоторых случаях может приводить к появлению нежелательных интерференционных эффектов.
Для их устранения можно соответствующим образом выбирать толщину оптических деталей. Рис. 247. Структура пучке лазера ' В отечественной литеретуре 1! 31 под термином, екоифокзльный периметре также поннмзют ресстонние между зеркалами зквивелеитиого резоиеторе, т. е. реднус кривизны каждого зеркзлз. 320 где И вЂ” расстояние между зеркалами резонатора; л, н лев обобщенные параметры, определяемые соответственно через радиус кривизны зеркал г, и гз: й 1 — (с(/гь): ае 1— (г(/гз).
Пространственные параметры лазерного пучка рассчитывают, пользуясь понятием эквивалентного конфокального резонатора, образованного двумя сферическими зеркалами с одинаковыми радиусами, Фокусы зеркал совпадают. Для такого резонатора половина расстояния между зеркалами, т. е. фокусное расстояние каждого зеркала, является конфокальным параметром лазерного пучка (221 '. Любой резонатор с зеркалами различной крнвизны и различным расстоянием между ними может быть заменен эквивалентным конфокальным резонатором, конфокальный параметр которого определяется по формуле *„= ~ у гг„п: гл,т(с, г, — 2с,е,).
~463) При использовании формул (459) — (461) следует иметь в виду, что если одно из зеркал резонатора плоское, то перетяжка находится в плоскости этого зеркала, а конфокальный параметр Если резонатор состоит нэ плоских зеркал, то выходящий из лазера пучок можно характеризовать как совокупность плоских волн, расходящихся под дифракционным углом.
В этом случае понятия еперетяжказ и еконфокальный параметре не применяют. Зная конфокальный параметр, можно найти диаметр перетяжки 2у = 2 у/й/и, (462) где 3, — длина волны излучения лазера. Диаметр сечения пучка в произвольном месте, расположенном на расстоянии э от перетяжки, определяется зависимостью 2у, = 2у у/Т+ ей, (463) где и = э/з„— относительная координата сечения. В произвольном сечении волновой фронт лазерного пучка приближенно является сферическим с радиусом /с = (! + в')г„/в.
Расходимость пучка лазера характеризуется плоским углом 2ез и изменяется в соответствии с изменением диаметра 2у, сечения пучка. Однако при з )) г„согласно (463) диаметр сечения пучки изменяется линейно, поэтому лазерный пучок можно рассматрчвать как квазигомоцентрический пучок, пересекающийся в цент'е перетяжки (рис. 247). Угол расходнмости этого пучка в радиан; х определяется зависимостью 2ы = 2 р'Х/(пг„) = 2Х/(пу), (464) причем в телесном угле, соответствующем плоскому углу 2оз, заключено' около 86е4 всего потока излучения основного типа колебаний (для основной моды). Моды высших порядков характеризуются большими значениями угла расходимости.
Таким образом, зная положение перетяжки и конфокальный параметр гн, можно найти параметры лазерного пучка в любом сечении. Если на пути распространения лазерного пучка установлена оптическая система, напркмер лииза, то по выходе нз линзы получим лазерный пучок, характеризующийся новым значением конфокального параметра н новым положением перетяжки. Параметры преобразованного лазерного пучка рассчитывают по формуле отрезков (38), в которой величины а н и' заменяют соответственно радиусом кривизны )т' волнового фронта, падающего на линзу, и радиусом кривизны /т" волнового фронта, вышедшего из линзы.
Если перетяжка лазерного пучка расположена на расстоянии а от тонкой линзы с фокусным расстоянием /' (рнс. 248, а), то конфокальиый параметр преобразованного пучка г„' = гк/((1 + а//')' + (г„//')е). (465) Положение перетяжки преобразованного пучка относительно тонкой линзы определяется равенством 1 — а'//' = (1 + а//')/((1 + а//')е + (г„//')е). (466) нн' а) Рне. 248. Преобркзоненке пучка лазера тонкой линзой 21 зекеееее н. п.
32! Формулы (465) и (466) справедливы и для оптической системы конечной толщины, если отрезки а и а' отсчитывать от главных плоскостей. Если положение перетяжки определять 'отрезком г относительно передней фокальной плоскости (рис. 248, а), то положение перетяжки преобразованного пучка относительно задней фокальной плоскости находят по формуле х = а/ /(х +хи) (467) при этом значение конфокального параметра преобразованного лазерного пучка согласно (465) будет равно: г,' = г„/' /(г' + г',). (468) Из формулы (467) следует, что если перетяжка лазерного пучка расположена в передней фокальной плоскости (г = О), то перетяжка преобразованного пучка будет находиться в задней фокальной плоскости. После отрицательной линзы перетяжка преобразованного пучка будет мнимой, а расходимость его увеличивается по сравнению с расходимостью падающего пучка (рис.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
