Учебник - Оптика - Алешкевич В.А. (1238765), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Ýòî èçëó÷åíèåïî âñåé äëèíå ïðîíèêàåò ÷åðåç ãðàíèöó ðàçäåëà îáîëî÷êè è ñåðäöåâèíû,â ðåçóëüòàòå ÷åãî ñîçäàåòñÿ èíâåðñíàÿ çàñåëåííîñòü èîíîâ ðåäêîçåìåëüíûõ ýëåìåíòîâ. Áîëåå ïîäðîáíî ðàñïðîñòðàíåíèå ñâåòà âäîëü îïòè÷åñêîãî âîëîêíà áóäåò îáñóæäåíî â ëåêöèè 17.Íà êîíöàõ àêòèâíîãî âîëîêíà ñîçäàþòñÿ áðýããîâñêèå ðåøåòêè ïîêàçàòåëÿïðåëîìëåíèÿ 4, âûïîëíÿþùèå ôóíêöèè çåðêàë ðåçîíàòîðà. Êàæäàÿ èç íèõ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñîçäàííóþ èñêóññòâåííî íåáîëüøóþ îáëàñòü, â êîòîðîé âäîëüîñè âîëíîâîäà ïåðèîäè÷åñêè èçìåíÿåòñÿ ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ ñåðäöåâèíû.Ìåòîä åå ñîçäàíèÿ ïîêàçàí íà ðèñ.
7.18, â.Íà âîëíîâîä ïîä óãëîì J äðóã ê äðóãó íàïðàâëÿþòñÿ äâà îäèíàêîâûõ ëàçåðíûõ óëüòðàôèîëåòîâûõ ïó÷êà ñ äëèíîé âîëíû lóô.  îáëàñòè èõ ïåðåñå÷åíèÿáóäóò ôîðìèðîâàòüñÿ èíòåðôåðåíöèîííûå ïîëîñû, ðàññòîÿíèå ìåæäó êîòîðûìè Dx = lóô/nJ (n ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ íåîáëó÷åííîé ñåðäöåâèíû; ñì.ôîðìóëó (9.1) â ëåêöèè 9). Èç-çà ôîòî÷óâñòâèòåëüíîñòè âîëîêíà â ìåñòàõ íàõîæäåíèÿ èíòåðôåðåíöèîííûõ ìàêñèìóìîâ ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ íåîáðàòèìî óâåëè÷èâàåòñÿ.Áðýããîâñêàÿ ðåøåòêà, êàê è ìíîãîñëîéíîå äèýëåêòðè÷åñêîå çåðêàëî (ñì.
ëåêöèþ 17), õîðîøî îòðàæàåò èçëó÷åíèå ñ äëèíîé âîëíû (â âîëíîâîäå) l = l0/n == 2Dx (l0 äëèíà âîëíû â âàêóóìå). Ïîñëåäíåå óñëîâèå ñåëåêòèâíîãî îòðàæåíèÿíàçûâàåòñÿ óñëîâèåì Áðýããà. Ýòî óñëîâèå áóäåò íåîäíîêðàòíî èñïîëüçîâàíîâ ïîñëåäóþùèõ ëåêöèÿõ.86 íàñòîÿùåå âðåìÿ äëÿ ñîçäàíèÿ ìîùíûõ ëàçåðîâ íàèáîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè âîëîêîííûå ñâåòîâîäû c Yb, ïîçâîëÿþùèå ãåíåðèðîâàòü èçëó÷åíèå ñ äëèíîé âîëíû l0 » 1,1 ìêì. Ïðè ñîâìåñòíîì èñïîëüçîâàíèè Er èYbäëèíà âîëíû ìîæåò çàíèìàòü äèàïàçîí 1,5 1,6 ìêì, à â ñëó÷àå Tm è Hol0 ~ 2 ìêì.Äîñòèãíóòûå ìîùíîñòè ~ 1 êÂÒ â ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå 1,061,1 ìêì ÿâëÿþòñÿ äàëåêî íå ïðåäåëüíûìè.
Ñîâðåìåííûå òåõíîëîãèè äàþò âîçìîæíîñòü ñîçäàòüíîâûå ñòðóêòóðû ñâåòîâîäîâ, ïîçâîëÿþùèå óâåëè÷èòü ìîùíîñòü äî 10 êÂò!Âûñîêàÿ ñòàáèëüíîñòü è ýôôåêòèâíîñòü â ñî÷åòàíèè ñ êîìïàêòíîñòüþ, áîëüøîé ìîùíîñòüþ è õîðîøèì êà÷åñòâîì îäíîìîäîâîãî ñâåòîâîãî ïó÷êà äåëàþòâîëîêîííûå ëàçåðû áîëåå ïðåäïî÷òèòåëüíûìè ïî ñðàâíåíèþ ñ ìíîãèìè äðóãèìè ëàçåðàìè, â òîì ÷èñëå è ñ ìîùíûìè òåõíîëîãè÷åñêèìè ëàçåðàìè, íàïðèìåð CO2-ëàçåðîì. Âåäü â òåõíîëîãè÷åñêîì ïðîöåññå âàæíà ãèáêîñòü ïðèäîñòàâêå ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ê îáðàáàòûâàåìîìó îáúåêòó. Íàêîíåö, âîëîêîííûå ëàçåðû ìîãóò èìåòü è áîëåå íèçêóþ ñòîèìîñòü.Æèäêîñòíûå ëàçåðû íà êðàñèòåëÿõ.  ýòèõ ëàçåðàõ àêòèâíîé ñðåäîé ÿâëÿþòñÿñëîæíûå îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, ýíåðãåòè÷åñêàÿ ñõåìà óðîâíåé ìîëåêóëêîòîðûõ êà÷åñòâåííî èçîáðàæåíà íà ðèñ.
7.19. Íàêà÷êà îñóùåñòâëÿåòñÿ ñâåòîì.Èç-çà áîëüøîé øèðèíû óðîâíÿ 2 (ïðåäñòàâëÿþùåãî ñèñòåìó êîëåáàòåëüíîâðàùàòåëüíûõ óðîâíåé) ïîëîñà ïîãëîùåíèÿ èìååò øèðèíó 100 200 íì è íàõîäèòñÿ â âèäèìîé îáëàñòè.Çà âðåìÿ . 10-11 ñ. ìîëåêóëû áåçûçëó÷àòåëüíî ïåðåõîäÿò íà ñàìûé íèæíèéïîäóðîâåíü ñîñòîÿíèÿ 2, âðåìÿ æèçíè êîòîðîãî t2 ~ 10-9 ñ. Äàëåå âåùåñòâîëþìèíåñöèðóåò, ïåðåõîäÿ â ñîñòîÿíèå 1.
Ïîëîñà ëþìèíåñöåíöèè ñäâèíóòà âîáëàñòü áîëåå äëèííûõ âîëí ïî îòíîøåíèþ ê ïîëîñå ïîãëîùåíèÿ. Îäíîâðåìåííî ñ ëþìèíåñöåíöèåé ìîëåêóëà ìîæåò ïåðåéòè â ìåòàñòàáèëüíîå ñîñòîÿíèå3, à çàòåì ïîãëîòèòü êâàíò ñâåòà ëþìèíåñöåíöèè è ïåðåéòè â ñîñòîÿíèå 4.×òîáû ýòî ïðåäîòâðàòèòü, íåîáõîäèìî çà âðåìÿ 10-7 ñ íàêà÷àòü óðîâåíü 2.Ëàçåðû íà êðàñèòåëÿõ ìîãóò íàêà÷èâàòüñÿ íàíîñåêóíäíûìè èìïóëüñàìè äðóãèõ ëàçåðîâ (ðóáèíîâîãî, íåîäèìîâîãî) è èõ ãàðìîíèêàìè. Äëèòåëüíîñòü ãåíåðàöèè ñîñòàâëÿåò 10 íñ, à ìîùíîñòü 104 106 Âò. Ìîæíî íàêà÷èâàòü è èìïóëüñíûìè ëàìïàìè, îáåñïå÷èâ íàðàñòàíèå âñïûøêè çà âðåìÿ < 10-7 ñ.Ïðè ïîãëîùåíèè øèðîêîãî ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ ëàìïû êðàñèòåëü íàãðåâàåòñÿ,è ìîëåêóëû ìîãóò äèññîöèèðîâàòü.
×òîáû ýòîãî íå ïðîèçîøëî, êðàñèòåëüïðîêà÷èâàþò ÷åðåç êþâåòó, íàõîäÿùóþñÿ â ðåçîíàòîðå. Ïðè áûñòðîé ïðîêà÷êåìîæíî äîáèòüñÿ íåïðåðûâíîé ãåíåðàöèè. Ðàçóìååòñÿ, íàêà÷êà òàêæå äîëæíà áûòü íåïðåðûâ- W4íîé.2Íà ðèñ. 7.20 èçîáðàæåíà ñõåìà íåïðåðûâíîãîëàçåðà, íàêà÷èâàåìîãî èçëó÷åíèåì àðãîíîâîãîëàçåðà.Ïðîéäÿ ÷åðåç ëèíçó Ë2, åãî èçëó÷åíèå ôîêóñè3ðóåòñÿ â êþâåòó Ê, ÷åðåç êîòîðóþ ñî ñêîðîñòüþL ïðîòåêàåò êðàñèòåëü. Ïðè ðàçìåðå ïó÷êà àðãîíîâîãî ëàçåðà â ôîêàëüíîé ïëîñêîñòè d ~ 10 ìêìè ñêîðîñòè L ~ 10 ì/ñ ìîëåêóëà íàêà÷èâàåòñÿ1â òå÷åíèå t ~ d/L ~ 10-6 ñ, çàòåì èçëó÷àåò è óõîäèòÐèñ. 7.19èç ðåçîíàòîðà.87Ðèñ.
7.20Ðåçîíàòîð ñîñòîèò èç ñôåðè÷åñêîãî Ç2 è ïëîñêîãî Ç1 çåðêàë. Åñëè çåðêàëàîòðàæàþò âñå êîìïîíåíòû øèðîêîé ëèíèè ëþìè-íåñöåíöèè êðàñèòåëÿ,òî ïîëîñà ãåíåðàöèè äîñ-òèãàåò 30 50 íì.Åñëè âíóòðü ðåçîíàòîðà ïîìåñòèòü ïðèçìó Ï èëè äèôðàêöèîííóþ ðåøåòêó(íà ðèñóíêå íå ïîêàçàíà), íà êîòîðóþ ïàäàåò ïàðàëëåëüíûé ïó÷îê óñèëèâàåìîãî ñâåòà (ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ ëèíçû Ë1), òî ïîëîñà ãåíåðàöèè ñóçèòñÿäî 0,1 0,2 íì. Óñèëèâàòüñÿ áóäóò òå âîëíû, êîòîðûå ïàäàþò ïåðïåíäèêóëÿðíîíà çåðêàëî Ç1.
Ïîâîðà÷èâàÿ ïðèçìó (èëè ðåøåòêó), ìîæíî ïëàâíî ïåðåñòðàèâàòüäëèíó âîëíû èçëó÷åíèÿ ëàçåðà.Íà ðèñ. 7.6 öâ. âêë. ïîêàçàí ôðàãìåíò òàêîãî ëàçåðà. Êðàñèòåëü îðàíæåâîãîöâåòà ïðîêà÷èâàåòñÿ ÷åðåç êþâåòó, êîòîðàÿ îñâåùàåòñÿ ñâåòîâûì ïó÷êîì àðãîíîâîãî ëàçåðà.Øèðîêî ðàñïðîñòðàíåííûì êðàñèòåëåì ÿâëÿåòñÿ ðîäàìèí 6G. Åãî ëèíèÿëþìèíåñöåíöèè çàíèìàåò äèàïàçîí 520 íì < l < 620 íì.  êà÷åñòâå àêòèâíîéñðåäû èñïîëüçóþòñÿ ðàçëè÷íûå åãî ðàñòâîðû. Âûñîêàÿ ýôôåêòèâíîñòü ïðåîáðàçîâàíèÿ ýíåðãèè âîëíû íàêà÷êè â ýíåðãèþ ãåíåðèðóåìîé âîëíû ïîëó÷àåòñÿïðè èñïîëüçîâàíèè â êà÷åñòâå ðàñòâîðèòåëÿ ýòàíîëà. Ïðè ïîâîðîòå ïðèçìûöâåò ñâåòîâîãî ïó÷êà ëàçåðà ñ òàêîé àêòèâíîé ñðåäîé èçìåíÿåòñÿ îò çåëåíîãîäî êðàñíîãî.Åñëè èñïîëüçîâàòü êðàñèòåëü îêñàçèí, òî ìîæíî ïåðåñòðàèâàòü äëèíó âîëíûèçëó÷åíèÿ â äèàïàçîíå 660 760 íì.
Ïîìåùàÿ â ðåçîíàòîð ðàçëè÷íûå ðàñòâîðûêðàñèòåëåé, ìîæíî îñóùåñòâèòü ãåíåðàöèþ íà ëþáîé äëèíå âîëíû âèäèìîãîè áëèæíåãî ÈÊ-äèàïàçîíà.ÐÀÇÄÅË 3ÈÍÒÅÐÔÅÐÅÍÖÈß ÑÂÅÒÀËÅÊÖÈß 8Îäíèì èç íàèáîëåå âàæíûõ ÿâëåíèé, ïîäòâåðæäàþùèõ âîëíîâóþ ïðèðîäóñâåòà, ÿâëÿåòñÿ èíòåðôåðåíöèÿ. Ïîä èíòåðôåðåíöèåé ïîíèìàþò ÿâëåíèå íàëîæåíèÿ âîëí, ïðèâîäÿùåãî ê ïåðåðàñïðåäåëåíèþ â ïðîñòðàíñòâå ïëîòíîñòèýíåðãèè ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. ñîëíå÷íóþ ïîãîäó íåðåäêî ìîæíî âèäåòü ïðè÷óäëèâóþ îêðàñêó òîíêèõìàñëÿíûõ ïÿòåí íà ìîêðîì àñôàëüòå èëè íà ïîâåðõíîñòè ëóæ. Ðàçëè÷íûìèöâåòàìè ðàäóãè ïåðåëèâàþòñÿ ïóçûðè íà âîäíîé ïîâåðõíîñòè. Ìíîãèì õîðîøîèçâåñòåí êëàññè÷åñêèé îïûò Íüþòîíà, â êîòîðîì íàáëþäàëèñü êîíöåíòðè÷åñêèå êîëüöà ïðè îñâåùåíèè âûïóêëîé ëèíçû ÷åðåç ïðèæàòóþ ê íåé ñòåêëÿííóþ ïëàñòèíêó. äîìàøíèõ óñëîâèÿõ ìîæíî íàáëþäàòü èíòåðôåðåíöèþ ñâåòà, åñëè, íàïðèìåð, ëó÷ îò ëàçåðíîé óêàçêè íàïðàâèòü íà ëèñò ïëîòíîé áóìàãè, â êîòîðîìïðîêîëîòû äâà áëèçêî ðàñïîëîæåííûõ îòâåðñòèÿ.
Òîãäà ïîçàäè ëèñòà íà ñâåòëîé ñòåíå èëè ýêðàíå ìîæíî íàáëþäàòü ñåìåéñòâî ÷åðåäóþùèõñÿ ñâåòëûõè òåìíûõ ïîëîñ.Âî âñåõ ïåðå÷èñëåííûõ ñëó÷àÿõ èìååò ìåñòî íàëîæåíèå â ïðîñòðàíñòâå ñâåòîâûõ âîëí.Ðàññìîòðèì áîëåå ïîäðîáíî îñíîâíûå çàêîíîìåðíîñòè èíòåðôåðåíöèè,îáðàòèâøèñü ñíà÷àëà ê ðàññìîòðåíèþ èíòåðôåðåíöèè äâóõ âîëí. Íà ðèñ. 8.1ñõåìàòè÷íî èçîáðàæåíû äâà âîëíîâûõ öóãà, ïåðåñåêàþùèåñÿ â òî÷êå P.Åñëè âåêòîðû E1 è E2 îðèåíòèðîâàíû ïåðïåíäèêóëÿðíî ïëîñêîñòè ðèñóíêà,òî íàïðÿæåííîñòü ñóììàðíîãî ïîëÿ â ýòîé òî÷êå(8.1)E 1+ 2 (t ) = E 1 (t ) + E 2 (t ).Ëþáîé ïðèåìíèê èçëó÷åíèÿ, íàõîäÿùèéñÿ â òî÷êå P, áóäåò ðåàãèðîâàòüíà ñðåäíþþ âåëè÷èíóE2 =1t ïðt ïðòE 2 (t )dt ,(8.2)0ãäå tïð âðåìÿ áûñòðîäåéñòâèÿ ïðèåìíèêà.
Äëÿ âñåõ ïðèåìíèêîâ ñâåòà âðåìÿtïð ³ 10-12 ñ è, ñëåäîâàòåëüíî, çíà÷èòåëüíî ïðåâîñõîäèò ïåðèîä îïòè÷åñêèõêîëåáàíèé.Ïîäñòàâèâ (8.1) â (8.2), ïîëó÷èìE12+ 2 = E12 + E 22 + 2E1E 2 .(8.3)Ðèñ. 8.189Ïîñëåäíåå ñëàãàåìîå â ïðàâîé ÷àñòè (8.3) íàçûâàåòñÿ èíòåðôåðåíöèîííûì ÷ëåíîì. Òàêèì îáðàçîì, íåîáõîäèìûì óñëîâèåì èíòåðôåðåíöèè ÿâëÿåòñÿ îòëè÷èå îò íóëÿ èíòåðôåðåíöèîííîãî ÷ëåíà.Èíòåðôåðåíöèÿ êâàçèìîíîõðîìàòè÷åñêèõ âîëí.Ðàññìîòðèì îñíîâíûå çàêîíîìåðíîñòè èíòåðôåðåíöèè, èñïîëüçóÿ êëàññè÷åñêèé îïûò, âûïîëíåííûé àíãëèéñêèì ôèçèêîì Ò.
Þíãîì (1801).Ñâåò îò òî÷å÷íîãî èñòî÷íèêà s ïîïàäàåò íà ýêðàí Ý1 ñ äâóìÿ ìàëûìè áëèçêîðàñïîëîæåííûìèîòâåðñòèÿìè, à íà âòîðîì ýêðàíå Ý2 ôîðìèðóåòÐèñ. 8.2ñÿ èíòåðôåðåíöèîííàÿ êàðòèíà (ðèñ. 8.2).Âîëíîâûå âîçìóùåíèÿ â ïëîñêîñòè îòâåðñòèé ýêâèâàëåíòíû òî÷å÷íûì èñòî÷íèêàì s1 è s2, ïîñûëàþùèì â òî÷êó P âîëíûE1 (t ) = a1 (t ) sin[w 0t - k 0r1 + j1 (t )];E 2 (t ) = a2 (t ) sin[w 0t - k 0r2 + j 2 (t )].(8.4)Âûðàæåíèÿ (8.4) îïèñûâàþò êâàçèìîíîõðîìàòè÷åñêèå âîëíû, ó êîòîðûõàìïëèòóäû a1, a2 è ôàçû j1, j2 ÿâëÿþòñÿ ìåäëåííî ìåíÿþùèìèñÿ ôóíêöèÿìèâðåìåíè.
Âðåìåííîé ìàñøòàá èõ èçìåíåíèÿ tê ~ 1/Dn (Dn øèðèíà ñïåêòðàëüíîé ëèíèè èçëó÷åíèÿ èñòî÷íèêà s). Èç ïðåäûäóùåãî ðàññìîòðåíèÿ ñòàòèñòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ñâåòà ñëåäóåò, ÷òî âðåìÿ tê èçëó÷åíèÿ ðàçëè÷íûõ íåêîãåðåíòíûõ èñòî÷íèêîâ ñâåòà (äóãè, ãàçîðàçðÿäíîé ëàìïû è äð.) ïî ïîðÿäêó âåëè÷èíû ñîâïàäàåò ëèáî ñ äëèòåëüíîñòüþ öóãà t (ñî âðåìåíåì ðàäèàöèîííîãî çàòóõàíèÿ), ëèáî ñî ñðåäíèì âðåìåíåì tñ < t ìåæäó äâóìÿ ñòîëêíîâåíèÿìè.Ïîëå â òî÷êå P áóäåò ðàâíîE1+ 2 (t ) = A sin(w 0t + Ô),(8.5)A 2 = a12 + a22 + 2a1a2 cos[(j 1 - j 2 ) + k 0 (r2 - r1 )];(8.6)ãäåtgF=a1 sin(j 1 - k 0 r1 ) + a 2 sin(j 2 - k 0 r2 ).a1 cos(j 1 - k 0 r1 ) + a 2 cos(j 2 - k 0 r2 )(8.7)Èíòåíñèâíîñòü âîëíû, â ñîîòâåòñòâèè ñ (8.6), ðàâíàI =A2= I 1 + I 2 + 2 I 1I 2 cos[(j1 - j 2 ) + k 0 (r2 - r1 )],2(8.8)ãäå I1 = a12/2; I2 = a22/2. Âåëè÷èíà r2 - r1 íàçûâàåòñÿ ðàçíîñòüþ õîäà.Ýòî ðàñïðåäåëåíèå èíòåíñèâíîñòè â ïðîñòðàíñòâå è îïèñûâàåò èíòåðôåðåíöèîííóþ êàðòèíó, èëè èíòåðôåðîãðàììó, íàáëþäàåìóþ íà ýêðàíå Ý2.Åñëè áû ðàçíîñòü ôàç j1 - j2 íå ìåíÿëàñü ñî âðåìåíåì, òî êàðòèíà áûëàáû íåïîäâèæíîé.
Íà ñàìîì äåëå ýòà ðàçíîñòü ìåíÿåòñÿ ñëó÷àéíûì îáðàçîì,ïîýòîìó èíòåðôåðåíöèîííàÿ êàðòèíà áóäåò õàîòè÷åñêè äâèãàòüñÿ â ðàçíûå ñòîðîíû ïî ýêðàíó Ý2. Ïðèåìíèê ìîæåò çàôèêñèðîâàòü òàêóþ äèíàìè÷åñêóþ èíòåðôåðåíöèîííóþ êàðòèíó, åñëè tê > tïð.Åñëè èñòî÷íèê ñâåòà òåïëîâîé, ãàçîðàçðÿäíûé è ïð., òî øèðèíà ëèíèè åãîèçëó÷åíèÿ Dn ³ 1010 1011 Ãö, à âðåìÿ tê £ 10-11 10-10 ñ. Åñëè tê £ tïð, òî ïðèåìíèê çàðåãèñòðèðóåò óñðåäíåííóþ çà âðåìÿ tïð «ðàçìàçàííóþ» êàðòèíó.90Êà÷åñòâî êàðòèíû áóäåò òåì âûøå, ÷åì ëó÷øå âûïîëíÿåòñÿ íåðàâåíñòâî|j1 - j2 | < 2p.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
