lazernaya_tekhnika_uchebnik (863459)
Текст из файла
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИМОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТГЕОДЕЗИИ И КАРТОГРАФИИЮ.М. КЛИМКОВ, М.В. ХОРОШЕВЛАЗЕРНАЯ ТЕХНИКАРекомендовано учебно-методическим объединением вузовРоссийской Федерации по образованию в области приборостроенияи оптотехики для студентов высших учебных заведений,обучающихся по направлениям подготовкибакалавриата 12.03.02 (200400) «Оптотехника»и 12.03.05 (200500) – «Лазерная техника и лазерные технологии»Москва2014УДК 621.375.826 (075.8)Рецензенты:ОАО «Научно-производственная корпорация«Системы прецизионного приборостроения»(доктор техн. наук, профессор В.П. Васильев);доктор техн. наук, профессор Ю.А.
Ильин(МИИГАиК)Климков Ю.М., Хорошев М.В.Лазерная техника: Учебное пособие – М.: МИИГАиК, 2014. – 143 с.: ил.Учебное пособие написано в соответствии с утвержденными программамикурсов «Лазеры» и «Лазерная техника», рекомендовано кафедрой оптико-электронных приборов и редакционно-издательской комиссией факультета оптикоинформационных систем и технологий и утверждено к изданию редакционноиздательским советом университета.Рассмотрены вопросы, связанные с применением лазеров в оптическихприборах и системах: система параметров и характеристик лазеров как источников излучения, оптические системы для формирования лазерного излучения,энергетические расчеты лазерных приборов, а также большая группа лазерныхприборов и систем различного назначения.Для студентов IV‒V курсов факультета оптико-информационных систем итехнологий и вечернего отделения факультета дистанционных форм обучения.Электронная версия учебного пособия размещена на сайте библиотекиМИИГАиК http://library.miigaik.ru.2ВВЕДЕНИЕК лазерной технике относятся приборы (устройства, установки),при реализации функций которых используется лазерное излучение.Например, в информационно-измерительных лазерных приборах происходит выделение информации об объекте, которая заключена в лазерном излучении; в медицинских и технологических установках лазерноеизлучение формируется надлежащим образом для воздействия на объект, в приемо-передающих лазерных системах происходит формирование лазерного излучения и его обработка.Лазерные приборы и системы составляют в настоящее время такойбольшой круг, что перечисление их заняло бы большое место.
Можноотметить, например, такие как дальномеры, локаторы, системы связи,гироскопы, интерферометры, геодезические приборы, широкий спектрмедицинских установок и т.д.Технические характеристики лазерных приборов в значительнойстепени определяются свойствами лазера как источника излучения. Поэтому при выборе конкретного лазера из всего их многообразия первостепенное значение приобретает знание параметров и характеристик,описывающих свойства лазера.
Часть этих параметров и характеристикприводится в паспорте (описании) лазера, а некоторые приходится определять экспериментально или расчетным путем. Даже когда параметрили характеристика приведены в паспорте, необходимо ясное знаниетого, что понимается под приведенным значением или определением.Поэтому вопрос о параметрах и характеристиках лазера как источникаизлучения является важным разделом курса, усвоение которого необходимо для эффективного применения лазера в приборе. Мы будем, какобычно, понимать под параметрами те величины, которые можно выразить числом, а под характеристиками – зависимости параметров другот друга, а также понятия, которые характеризуют работу лазера.В лазерных приборах выходное излучение лазера, как правило,каким-то образом формируется с целью получения заданных параметров.
Например, иногда бывает необходимым уменьшить расходимость3лазерного пучка, в других случаях требуется получить пятно минимальных размеров или заданной формы и т.д. Эти задачи решаются с помощью оптических элементов и систем. Лазерные оптические системыобладают рядом особенностей по сравнению с системами, предназначенными для формирования обычного излучения. В связи с эти возникает вопрос о выборе и расчете оптических систем для формированиялазерного излучения.Использование лазеров в приборах требует также знания законовраспространения лазерного излучения в оптических средах и его воздействия на приемники излучения.
Ввиду большого объема информации об этих процессах, в данном пособии рассмотрены лишь те из них,которые связаны с энергетическими (светотехническими) расчетамилазерных приборов. При этом рассмотрение ограничено только темипроцессами, при которых возникают линейные эффекты.Изучение данного пособия предполагает, что читатель знаком спринципом действия лазеров и их устройством.41.
ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРОВКАК ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ И СПОСОБЫ ИХИЗМЕРЕНИЯ1.1. Спектральные (частотные) параметры ихарактеристики лазерного излученияЭти параметры и характеристики описывают спектр лазерного излучения, т.е. распределение энергии (мощности) излучения по длинамволн или частотам. К ним относятся: частота лазерного излучения;длина волны лазерного излучения; ширина линии лазерного излучения;ширина огибающей спектра лазерного излучения; ширина активной части огибающей спектра; число спектральных линий излучения.Частота лазерного излучения n0 – это средняя (центральная) частота, соответствующая максимуму спектральной линии спонтанного излучения, возникающего при переходе частиц с верхнего инвертированного уровня на нижний.
Известно, что лазерное излучение возникаетлишь на переходах между энергетическими уровнями частиц, на которых получено инверсное распределение населенностей. Спектральнаялиния спонтанного излучения на переходах между этими же уровнямиимеет некоторый вид (контур) j(n), который определяет и частотнуюзависимость усиления на этом переходе: j(n) =χ(n) (рис.
1.1).Центральная частота ν0 контура φ(ν) и есть частота лазерногоφ(ν)= χ(ν)Δνизлучения. Аналогичным образом определяется и длина волc χνны лазерного излучения λ 0 = . nν0n0δνКонкретная частота (длина волδνa∆n o.c./ n =10−6ны) лазерного излучения можети не совпадать с центральнойΔνо.с.частотой (длиной волны) данноРис. 1.1. К определениюго перехода. Однако, ввиду того,спектральных (частотных)что ширина спектра лазерного изпараметров и характеристиклучения, за которую можно прилазерного излучения5нять, например, ширину активной части огибающей спектра, очень малапо сравнению с частотой (длиной волны), то в пределах всей шириныспектра все частоты (длины волн) излучения можно выразить одним иaтем же числом с достаточной точностью.
Например, если ∆n o.c./ n =10−6, то все частоты (длины волн) будут иметь одно и то же значение с точностью до шестого знака после запятой.В активной среде лазера может быть реализовано сразу же несколькоинвертированных переходов.
Если они расположены (по шкале частот)достаточно близко друг к другу, то излучение лазера происходит одновременно на нескольких частотах (длинах волн), как, например, происходитв аргоновом лазере. Если же переходы расположены достаточно далекодруг от друга, то излучение происходит, как правило, на частоте одноговыбранного перехода, как в гелий-неоновом лазере. Наконец, если составактивной среды плавно меняется, то частота излучения также меняетсяв пределах некоторого спектрального интервала.
Таким образом, частота (длина волны) лазерного излучения определяется природой активнойсреды. Для данной активной среды в некоторых случаях она зависит оттемпературы среды (рубиновый и полупроводниковый лазеры).Частота (длина волны) лазерного излучения определяет многиестороны практического применения лазеров:видимо излучение или нет;условия прохождения излучения через оптические элементы и среду распространения излучения;величину расходимости излучения и размер сфокусированногопятна;оптические материалы, применяемые для изготовления оптических систем;приемники излучения, которые можно использовать для детектирования сигнала;величину фона, принимаемого вместе с сигналом.Ширина линии лазерного излучения Δ(ν) – это расстояние междуточками контура линии лазерного излучения (имеется в виду отдельнаяспектральная линия), соответствующее половине интенсивности линиив максимуме (см. рис.
1.1). Если излучение происходит на единственной спектральной линии, то ее ширина представляет собой ширинуспектра лазерного излучения и определяет степень монохроматичностии когерентности излучения.6Ширина огибающей спектра лазерного излучения Δ(ν)о.с. представляет собой расстояние между точками линии, огибающей спектр лазерного излучения, т.е. линии спонтанного излучения, соответствующейзаданному уровню спектральной плотности мощности лазерного излучения. Заданный уровень определяется отношением спектральнойплотности мощности в выбранной точке к ее значению в максимуме,например, ширина огибающей может быть выражена по уровню 0,1 или0,5 и т.д. Ширина огибающей спектра определяет максимально возможную ширину спектра лазерного излучения на частоте данного перехода.Как уже говорилось, контур спектральной линии спонтанного излучения является одновременно и контуром усиления.
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}
