Справочник по радиолокации (ред. Сколник М. И.) т. 4 - 1978 г. (1151803), страница 79
Текст из файла (страница 79)
5). Для показаияой конфокальной геометрии (где /!г /!о 5) радиус пятна в серелине между зеркалами определяется величиной во= ()гИ2п)'тз н на зеркалах радиусы пятен вг во [тйво. В общем случае в/во (1+42о//о)шз, (33) где ь — расстояние вдоль оптической оси от средней точки между зеркалами [!6]. В области дальнего поля полный угол расходимости луча по уровню половинной мощности равен (30) 58 — — =2 На длине волны 10,6 мкм и при 5 1 м минимальный диаметр пятна йво 2,6 мм и 68=3 10-' рад. Если используются газоразрядные трубки и зеркала большого диаметра, могут генерироваться радиальные или непродольные типы колебаний, что приводит к ухудшению пространственной когерентностн выходного сигнала лазера.
Для более эффективной работы г излучением постоянной фазы необходимо увеличивать радиальный размер продольной моды. При конфигурации, показанной на рнс. 5, размер светового пятна может быть увеличен, если сделать частично пропускающее зЕркало плосним /!о-оо и увеличить радиус кривизны /ко лругого зеркала Размеры пятен на зеркалах прн этом условии равны (40) (41) Обычный способ выведения света наружу из резонатора лазера состоит в применении полупрозрачного зеркала с равномерным пропусканием по апертуре, в других случаях используются зеркала с отверстиями, но это приводит к генерированию в полости резонатора нерегулярных типов колебаний При работе с низкими уровнями мощности длп достижения желаемых значений коэффициентов отражения и пропускаиия можно применять зеркале с многослойными диэлектрическими покрытиями Прн работе с высоким уровнем мощности зти покрытия оказываются ненадежными и может быть использовано чистое фреиелево отражение [(л,— 1)/(л.+1)]о от зеркала без закрытия или 307 Гл р.
Оогоческие локаторы Ьты=с/2ле С, (42) где пе — показатель преломлении газа. Широко используются газовые лазеры длиной 1 м и даже более. Для резонатора длиной 1 и типы колебаний разделены интервалом частот 150 МГц. В общем случае ширина линии флуоресценции газовых лазеров определяется доплеровским уширением при низких давлениях и уширеиием за счет столкновений при более высоких давлениях.
Типичное рабочее давление газового лазе а 1З,З вЂ” 666,5 Па. силение газовых лазеров вычисляется так же, нак и твердотельных. Формулы (23) — (29) справедливы и для газовых лазеров. Для случая доплеров<кого уширения линии флуоресценцни усиление на средней частоте равно (43) где йче — доплеровская полуширина по уровню половинной мощности; п,=1, а другие величины определяются по формулам (21) — (29). Условие инверсии для достижения пороговой генерации получается под. ставенкой выражения (43) в (24) и имеет вид д;яг 8п'бчатс!п(!/Ра) лг (44) ( )п2)Гщц! «де т,=1/Ам — эффективное время существования нзлучеиия для верхнего уровня, определяемое спонтанным испусканием на волне ее. Минимальная мощность накачки, требуемая для достижения и поддержания этого уровня инверсии, определяется выражением и! РйоГр р= Х (45) где т — время жизни для верхнего уровня, определяемое всеми процессами распада.
В общем случае нижний уровень Ег отличается от основного уровня и пг в (44) прииебрежимв мало. Таким образом, из формул (44) н (45) ЗптйсГ р! п (! / И~) Ат, (гг 1п 2)1/з ),з т (46) где А - УД вЂ” плошадь поперечного сечения полости резонатора. Правая часть (45) н (46) представляет мощность, излучаемую возбужденными атомами, заполняющими активный объем лазера )Г, умноженную иа коэффициент Гэ-хе/Хэ. Коэффициент Гр учитывает, что энергия накачки, затрачиваемая на один поглощенный фотон, необходимый для получения возбуждения, превышает энергию на один фотон, испущенный при лазерном переходе, т. е.
экмивалеитная длина волны накачки йе короче длины волны генерируемого .308 частичное отражение ог плоскопараллельиого зеркала эталона Фэбри †Пе. В последнем случае отражательная способность может иметь любое значение от 0 до ((п,з — 1)/(~,з+1))' в зависимости от рабочей длины волны. Точно так же, кэк для твердотельного лазера с оптической накачкой, продольные типы колебаний в резонаторе имеют частоты, расположенные через равные интервалы 9.2 Лазерные лередагьикл и иодуллгарес «злучения )л Теоретически Гв может приближаться к единице, но для многих типов газовых лазеров он равен 10 или больше. Например, в Не — Не-лазере, который генерирует колебания с длиной волны 1,!5 мкм, процесс накачки происходит с возбуждением атомов неона метастабильными атомами гелия, причем каждый атом неона поглощает в 18,5 раз большую знергию, чем излучается фотонами на волне генерации.
Таким образом, Гв-18,5, даже если в процессе ударной передачи к.п д. равен 100%. С другой стороны, для лазера на Не — СОх, который генерирует колебания на волне !0,6 мкм, Гвсм2,Ч. Свойственный газовому лазеру к.п.д. существенно ограничивается величиной Гв. Формула (чб) показывает также принципиальную трудность, с которой сталкиваются при получении лазерной генерации на коротких длинах волн, а именно зависимость мощности накачки от длины волны вида рр 11)ьх. Лазеры в ультрафиолетовой области реализованы, но создание лазеров в у-области маловероятно.
Хотя газовые лазеры различных типов имеют общие свойства, описанные выше, физический механизм возбуждения и типы атомных или молекулярных переходов, создающих излучение, сильно отличаются. Широкое рассмотрение вопросов спектральной физики, с которыми приходится сталкиваться в лазерах различных типов, потребовало бы обширного изложения, и не приведено в втои главе. В пей рассмотрены только те лазеры, которые необходимы инженеру по системам локации. В табл. 2 суммированы свойства некоторых типов газовых лазеров, чаше рассматриваюшиеся в приложениях к локации.
Газовые лазеры с непрерывной Таблица 2 Типовые харантеристики газовых лазеров Выходная ыощность в одномодовом режиме составляет около овнов лесятвя мощности в ыногоиодовом режиме. генерацией характеризуются хорошей временной и пространственной когерентностью и, таким образом, лучше приспособлены для применения в точных доплеровских системах. Импульсные газовые лазеры обладают лучшими свойствами для Различных пРименений. измерения лальности, сопровождения целей и при использовании в качестве маяков Перечень длин волн в таблице не является полным, указаны лишь лазеры, генерирующие максимальную мощность. Далее следует краткое описание некоторых принципиальных свойств этих лазеров.
Гелий-неоновый лазер (Не — Ме) (8) находит широкое применение как лазер низкого уровня мощности. В данном случае переход, созлающий излуче- 309 Гл Р. Оптические локаторы нне, происходит между энергетическими уровнями атомов неона. Накачка осуществляется при электрическом возбуждении разряда в смеси гелия и неона. Смесь составляется в такой пропорции, что парциальное давление неона равно 13,3 Па н гелия 66,63 Па.
Плазма, получающаяся при разряде, содержит различные типы заряженных и незаряженных частиц. В типичном случае она содержит нейтральные атомы в пх основном состоянии и в различных возбужденных состояниях, положительно заряженные ионы в основном и возбужденном состояниях, электроны н фотоны. Электроны в плазме взаимодействуют с нейтральными атомами, находящимися в основном состоянии (преимущественно гелия), в результате чего атомы переходят в электронное состояние с более высокой энергией.
Некоторые из этих атомов немедленно через 1О-з с возвращаются через разрешенный переход в основное состояние, излучая фотон. Другие при возбуждении переходят в состояния, имеющие длительное врелгя жизни, из которых запрещены излучательные переходы в основное состояние. Эти состояния известны под названием метастабильных состояний, и они являются ключом в достижении инверсии населенности. Вероятность прямого возбуждения нейтральных атомов электронами быстро уменьшается с ростом энергии возбужденных состояний атомов. Эта особенность жестко ограничивает воэможность достижения инверсии населенности путем прямого электронного возбуждения.
Для получения инверсии населенности для многих газовых лазеров должны использоваться непрямые методы возбуждения. Непрямое возбуждение реализуется при согласовании метастабильных энергетических уровней атомов основного газа (Не) и энергетических уровней атомон вспомогательного газа Хе. При этом условии столкновения возбужденных атомов Не, находящихся в метастабильном состоянии, и атомов Ме, находящихся в основном состоянии, приводят к обмену энергий и возбуждению атомов Хе. Этот способ создании селективной населенности высоко~о энергетического уровня в более тяжелых атомах Хе, имеющих меньшую энергию, создает необходимую для генерации инверсию населенностей. Болыпое количество атомов Не в смеси газов действует также как буфер, мешающий атомам электрически активного Ме быстро диффундировать на стенки газоразрядной трубки, где происходят процессы рекомбинации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
