lazernaya_tekhnika_uchebnik (863459), страница 13
Текст из файла (страница 13)
При этомвеличину j(λ ) можно брать как в абсолютных, так и в относительныхвеличинах. Кроме того, j(λ ) можно заменить спектральной интенсивностью плотности излучения M (λ ) , которую также можно выразитькак в абсолютных, так и в относительных величинах. Заметим, что еслиS была выражена в А/лм или В/лм, то S λ получится в А/Вт или В/Вт.Если пороговый поток был задан в люменах, то ФλП получится в ваттах.Значения спектральной чувствительности и монохроматическогопорога чувствительности иногда выражают в квантах.
Квантовой эффективностью q приемника излучения называется число квантов, активно поглощенных чувствительным слоем, т.е. выбивших фотоэлектроны, к общему числу попавших на чувствительный слой квантовN ÝÔÔ.(3.11)N Так как один квант излучения выбивает не более одного фотоэлектрона, то N ÝÔÔ = N ÔÝ . Выбитые фотоэлектроны образуют ток на выходеприемника излученияq=I=N ÔÝ e,∆t (3.12)где e – заряд электрона; ∆t – время действия лучистого потока.Число квантов в потоке монохроматического излучения равноΦ Ë ∆t Φ Ë ∆tλ=.(3.13)hnhcС учетом выражений (3.11)–(3.13) можно выразить квантовую эффективность приемника к монохроматическому лучистому потоку=N67qλ =Так какIhc.Φ λ eλI= Sλ , тоΦλqλ =Sλ hc.eλ (3.14)1,242 SλПодставляя в (3.14) значения h, с, е, получим qλ =, где λ –λдлина волны; Sλ – измеряется в А/Вт.Следует заметить, что распределение qλ по спектру не соответствует спектральной характеристике приемника.
Квантовая пороговаячувствительность приемника излучения выражается числом квантов вединицу времени, соответствующим пороговому потоку. Из выражения(3.13) следует, чтоΦ λÏ λN λÏ =∆t18или N=λ Ï 5,03⋅10 Φ λ Ï λ∆t .hc684. ЛАЗЕРНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ4.1. Специфика конструкций лазерных приборовПри конструировании приборов с лазерами необходимо учестьследующие особенности лазера как источника излучения: некоторыелазеры требуют охлаждения, излучение лазера обычно поляризовано,положение оси пучка задается оптической осью резонатора, некоторыеэлементы лазера и его излучение могут быть опасными для человека.Как и при использовании других источников излучения, конструкцияприбора с лазером должна обеспечивать возможность замены одноголазера другим. Кроме того, при конструировании лазерных приборов,работающих с быстродвижущимися объектами, необходимо учесть изменение углового направления отраженного луча вследствие «аберрации скорости» (см.
ниже).Обеспечение температурного режима работы лазера достигается либо с помощью системы охлаждения, либо за счет естественногоохлаждения лазера при теплообмене с окружающей средой. В первомслучае конструкция прибора должна обеспечивать функционированиесистемы охлаждения, а во втором ‒ условия для теплообмена. Необходимо иметь в виду, что некоторые элементы лазера во время работы нагреваются до высоких температур (газоразрядные трубки газовых лазеровпримерно до температуры 100–150 °С, лампы накачки – до несколькихсот градусов). Это может вызвать деформацию конструкции прибора, ипри необходимости в ней следует устанавливать теплозащитные экраны.Если излучение лазера линейно поляризовано и положение плоскости поляризации имеет значение для работы прибора, то крепление лазера должно производиться с учетом требуемой ориентации плоскостиполяризации относительно других частей прибора.Тот факт, что положение оси пучка задается оптической осьюрезонатора, означает, что в процессе работы оно может изменяться.Причиной изменения положения оптической оси резонатора является неравномерный нагрев деталей резонатора.
Если лазер расположенгоризонтально, то более сильный нагрев верхних деталей приведет кизменению положения оси в вертикальной плоскости. Если угол поворота больше допустимого значения, то целесообразно располагать69лазер вертикально. Следует отметить, что если излучение лазера коллимируется, то на выходе коллимирующей системы угловые разворотыуменьшаются в число раз, равное увеличению системы.
Наконец, можно предусмотреть прогрев прибора в течение некоторого времени доначала измерительных работ.В некоторых случаях важно и то, вокруг какой точки происходитразворот оптической оси резонатора. Понятно, что чем дальше находится точка разворота от входного зрачка передающей системы, тембольшие смещения, при одном и том же угловом развороте, вызываетэто в плоскости входного зрачка. Положение оптической оси после передающей системы меняется не только вследствие угловых разворотов.Нетрудно видеть, что линейные смещения также приводят к угловымразворотам пучка после передающей оптической системы.
Поэтому вконструкции прибора необходимо предусмотреть юстировки лазера какв продольных направлениях, так и по углу. Иногда требуется юстировкаи вдоль оси, когда важно положение перетяжки.Если лазерный прибор работает по сигналу, отраженному от быстро летящего объекта, например, спутника, то отраженный пучок отклоняется от первоначального направления на угол∆Θ = Θ – arctg[(csinΘ – 2V)/c]cos Θ,где Θ – зенитный угол объекта; V – скорость движения объекта относительно неподвижной земной системы координат.Достаточно хорошее совпадение с результатами вычисления поэтой формуле получается при использовании более простой формулы:∆Θ = (2V/c)cos Θ.Аберрация скорости объекта объясняется появлением члена 2V/c(члены с более высокой степенью опускаются) в результате перехода отпространственно-временных координат, связанных с Землей, к движущейся системе координат спутника.
При этом вектор направления распространения излучения, вышедшего из передатчика, имеет различныеуглы с вертикальной осью Z в системе координат Земли и спутника (вектор r вращается относительно вектора V против часовой стрелки). При отражении от уголкового отражателя вектор r продолжает вращаться в томже направлении, осуществляя полный поворот в ∆Θ.
Величина ∆Θ можетдостигать значений, сравнимых с дифракционной расходимостью пучкапередатчика или пучка, отраженного отражателем. Например, при Θ = 0(когда спутник находится в зените) и скорости 7 км/с величина ∆Θ = 9ʺ.70Вследствие аберрации скорости центр диаграммы направленности отраженного пучка не будет совпадать с осью передатчика. Поэтому при конструировании систем нужно либо смещать передатчик относительно приемника на величину предполагаемого смещения, либоконструировать отражатели с такой диаграммой направленности, прикоторой максимум интенсивности отраженного пучка будет совпадатьс апертурой приемника, совмещенного с передатчиком, либо расширятьдиаграмму направленности.Конструкция лазерного прибора должна предусматривать возможность юстировки лазера относительно передающей оптической системы.
Если излучение лазера происходит в видимом диапазоне спектра,то юстировку можно произвести визуально. Для этого сначала снимаютвсе оптические детали и отмечают положение центра лазерного пучка на экране, установленном на некотором расстоянии от лазера. Затем последовательно устанавливают элементы оптической системы июстируют их до тех пор, пока центр пучка не окажется на прежнемместе, а изображения будут иметь наилучшее качество.
Для определения положения центра пучка и оценки качества изображения можноиспользовать известные фотоэлектрические способы. При этом можноотъюстировать и лазеры, работающие в невидимом диапазоне спектра.Визуальная оценка, конечно, необъективна, но она обладает таким несомненным преимуществом, как наглядность.
В некоторых случаяхприменение фотоэлектрических способов затруднено из-за необходимости иметь приемник излучения, работающей в длинноволновой области спектра.Поэтому часто стараются про1извести юстировку с помощью лазеров, работающих в видимом диапазоне. На рис.4.1 показана схемаюстировки оптической системы 4,работающей по излучению лазера,4который действует в невидимом23диапазоне спектра, с помощьюлазера 1, имеющего видимое изРис. 4.1. Схема юстировкилучение.
Предполагается, что вы- оптической системы, работающейходное зеркало 3 резонатора ра- в ИК-области, с помощью видимоголазерабочего лазера плоское. Излучение71видимого лазера отражается от полупрозрачной пластинки 2, попадаетна выходное зеркало резонатора лазера и после отражения от него – вюстируемую систему.Естественно, что этот способ юстировки пригоден лишь в том случае, если оптическая система пропускает видимое излучение. Поэтому,если юстировка в видимом диапазоне необходима, следует выбиратьсоответствующий материал оптической системы. При невозможностиподобрать материал таким образом, чтобы он пропускал как рабочее,так и видимое излучение, возможно некоторые детали при юстировке заменять таким образом, чтобы они работали в видимом диапазоне.Следует заметить, что полностью исследовать свойства оптической системы, работающей по невидимому излучению, с помощью видимогоизлучения невозможно, так как показатели преломления материаловразличны для разных длин волн.
Вследствие этого фокусные расстояния компонентов будут различными, что влечет за собой изменение параметров пучков для разных лазеров. Зеркальную оптическую системуможно юстировать и исследовать с помощью видимого излучения.При конструировании лазерных приборов особое внимание должно уделяться соблюдению мер предосторожности.
В лазере имеются следующие основные источники опасности для человека: высокоеэлектрическое напряжение; высокочастотное радиоизлучение; излучение ламп накачки; излучение генерации.Поражение электрическим током должно быть исключено конструктивными мерами: заземлением, блокировкой и т.д. Излучениеламп накачки не должно проникать за пределы защитного кожуха (корпуса). При высоком уровне радиоизлучения прибор должен быть размещен в специальной кабине или изолированном помещении.Выходное лазерное излучение (излучение генерации) также можетпредставлять опасность для здоровья и даже жизни человека.
В первуюочередь при работе с лазерным прибором следует остерегаться попадания лазерного излучения в незащищенный глаз человека. Это касается даже излучения маломощных лазеров, так как в глазе происходитфокусировка лазерного излучения в пятно очень небольшого размера,вследствие чего увеличивается (по сравнению с излучением на входном зрачке глаза) плотность мощности на сетчатке глаза. Поэтому приюстировке лазерных приборов и других работах с ними надо следить зауровнем облучения и в необходимых случаях пользоваться защитными72очками, светофильтрами, экранами и т.д. При работе с мощными лазерами опасно попадание излучения на кожу. Особенной осторожноститребует работа с лазерами в случае, когда излучение невидимо, так каконо тоже опасно, а обнаружить его визуально нельзя.Существуют нормы облучения для разных длин волн и режимы работы лазеров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
