lazernaya_tekhnika_uchebnik (863459), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Согласно первому определению это плоский или телесныйугол, характеризующий диаграмму направленности лазерного излучения в дальней зоне по заданному уровню плотности энергии или мощности излучения по отношению к их максимальному значению. Для гауссова пучка плоский угол, характеризующий расходимость лазерногоизлучения, определяется как:DZпри z →∞. (1.5)Zгде Dz – диаметр пучка, определенный по заданному уровню спада интенсивности.Величина θp определяется параметрами резонатора лазера.
Приопределении θ по спаду интенсивности в е2 разθp =lim2λ2,θ p , 1/e2 =πRÝгде RЭ – конфокальный параметр резонатора.Так как θp определяется как (1.5), то очевидно, что расходимость подругому уровню спада интенсивности будет определяться подобно (1.2)M θ p =θ p , 1/e2 0,5ln 0 .M Графически θp можно показать следующим образом (рис. 1.2).Рассмотрим гауссов пучок, распространяющийся в положительномнаправлении оси Z от плоскости перетяжки. В каждом сечении пучкаотметим точки, в которых интенсивность падает в некоторое число раз,например, в е2 раз, по сравнению с интенсивностью на оси пучка.
Сое11динив эти точки плавной линией,получим огибающую пучка позаданному уровню. Эти огибаюθpDщие представляют собой гиперболы, а угол между асимптотамик этим гиперболам и представляZет собой расходимость лазерногоизлучения (см.
рис. 1.2). ПучокРис. 1.2. К определениюмод более высокого порядка имепространственных параметров ихарактеристик лазерного излучения ет большую расходимость, причем, во сколько раз размер пятнамногомодового излучения больше, чем размер пучка основной моды, востолько же раз больше и расходимость пучка, т.е.θ p .m.n =θ p .o .o k m .Второе определение расходимости лазерного излучения следующее: это телесный угол, или соответствующий ему плоский угол, внутри которого распространяется заданная доля энергии или мощностилазерного излучения. Эта расходимость называется энергетической.Между энергетической расходимостью и расходимостью, определенной ранее, которую мы будем называть угловой, существует связь, которая определяется выражением (1.3). Связь между энергетическимирасходимостями, определенными по разным уровням содержания мощности (энергии) в телесном угле, аналогична (1.4): Φ0 θÝ =θ0,86 0,5ln , Φ 0 −Φ r где θ0,86 – плоский угол, соответствующий телесному углу, в которомсодержится 86 % энергии излучения.Таким образом, для определения диаметра пучка и расходимостилазерного излучения применяются различные подходы, и один и тотже пучок может характеризоваться различными параметрами.
Поэтомудля каждого конкретного прибора нужно знать, каким образом определяется тот или иной параметр и по какому уровню.При использовании лазера в приборе выбор пространственных параметров лазера играет большую роль. От распределения интенсивности впоперечном сечении пучка зависит точность определения центра пятна12при использовании пучка для задания опорного направления; величинаэнергии, которая теряется при виньетировании на оптических элементах,а также распределение энергии в дифракционной картине, возникающейпри ограничении пучка. От диаметра и расходимости пучка зависит выбор оптической системы, предназначенной для формирования пучка;плотность энергии, которую можно получить при фокусировании пучкаили при облучении объекта, расположенного в дальней зоне, и т.д.1.3. Энергетические параметры и характеристикилазерного излученияЭти параметры и характеристики определяют величины энергии имощности лазерного излучения, плотности этих величин.
Вместе с пространственными параметрами они определяют фотометрические соотношения в лазерном пучке.Такие параметры лазерного излучения как энергия излучения Q,энергия импульса излучения Qи, мощность излучения Ф, средняя мощность излучения Фср, максимальная мощность импульса излучения Фи max,плотность энергии Mw и мощность Мр излучения, средняя плотностьэнергии Qср, мощности Mср (усредненные по сечению пучка) определяются общепринятым образом и не требуют особого пояснения.
Заметимлишь, что непрерывное излучение характеризуется величиной мощности излучения, а излучение в виде импульсов – либо мощностью, либоэнергией, причем эти величины связаны между собой через длительность импульса. Режим регулярной последовательности импульсов характеризуется средней мощностью излучения:∆tΦ ñð =Φè ,Tгде Δt – длительность импульса, Т – период повторения импульсов.Следует также заметить, что значение энергии и мощности лазерного излучения определяется таким образом, чтобы характеризоватьизлучение полностью (а не по какому-либо уровню).Фотометрические величины в лазерном излучении имеют некоторые особенности, которые определяются следующими факторами:отсутствием в лазере реальной излучающей поверхности;модовым составом излучения, что является причиной принципиально неравномерного распределения энергии излучения в поперечномсечении пучка и по угловым направлениям;13особой структурой пучка, определяемой дифракционным характером расходимости излучения, имеющем место при отсутствии реального ограничения пучка.Следует также отметить, что к лазеру как источнику излучениянельзя применять законы теплового излучения (законы Кирхгофа, Стефана–Больцмана, Вина) вследствие совершенно различной природы теплового излучения и излучения лазера.Дадим определение некоторых фотометрических величин применительно к лазерному излучению.
Энергия излучения (лучистая энергия) Qe представляет собой поток вынужденного излучения лазера,проходящего через поперечное сечение пучка в заданный промежутоквремени. Если излучение происходит в видимом диапазоне спектра,то наряду с лучистой энергией можно использовать понятие световойэнергии Qν. Поток излучения (лучистый поток) Фe представляет собойэнергию вынужденного излучения (энергию генерации), проходящегочерез поперечное сечение пучка в единицу времени:dQΦe = e .dtЕсли излучение происходит в видимом диапазоне спектра, то наряду с потоком излучения можно использовать понятие светового потокаФν.
Поскольку излучение лазера монохроматично, то переход от энергетических величин к световым осуществляется соотношением:Φ n= 683Φ eVλ ,где 683 – световой эквивалент лучистой энергии на длине волны, соответствующей максимуму чувствительности глаза (λ = 0,55 мкм), лм/Вт;Vλ – коэффициент относительной видности глаза на длине волны излучения лазера.Энергетическая сила света (сила излучения) Ie (в видимом диапазоне спектра сила света Iν) – величина лучистого потока, приходящаяся наединицу телесного угла:dΦeIe =.dωПользоваться величиной Ie (или Iν) можно лишь в дальней зоне, гдепучок характеризуется постоянной расходимостью.Поверхностная плотность потока излучения (энергетическая светимость) Мe (при видимом излучении светимость Мν) определяет величину лучистого потока, излучаемого с единицы поверхности излучателя:14d Φe.dsПо отношению к лазерному излучению поверхностную плотностьможно определить как отношение потока к площади поперечного сечения пучка.
Понятие энергетической светимости полностью совпадает спонятием энергетической освещенности (облученности) Еe.Лучистость (энергетическая яркость) Le (в видимом диапазоне яркость Lν) представляет собой величину лучистого потока, распространяющегося в единице телесного угла с единицы площади излучающейповерхности. Понятие яркости применительно к лазерному излучениюследует применять очень осторожно и обоснованно, так как многие лазеры эквивалентны точечному излучателю, к которому это понятие неприменимо. Естественно, что излучение лазера не подчиняется законуЛамберта, и яркость нельзя определять, пользуясь выражением:MLe = e .πЭнергетическое количество освещения (энергетическая экспозиция) Не – произведение энергетической освещенности (облученности)на время действия излучения: H e = dEe dt.Me =1.4.
Временные параметры и характеристикилазерного излученияК ним относятся частота повторения импульсов лазерного излучения и длительность импульсов лазерного излучения. Частота повторения – это число импульсов лазерного излучения за одну секунду.Длительность импульсов – время, в течение которого мгновенная мощность лазерного излучения превышает значение, соответствующееуровню 0,5. При задании другого уровня его значение указывается втермине. Например, для уровня 0,1 – длительность импульсов лазерного излучения по уровню 0,1.Частота повторения импульсов играет большую роль в приборах,с помощью которых определяется положение в пространстве объектов,быстро изменяющих свои координаты (необходимо, чтобы за промежуток между импульсами объект не вышел за пределы поля наблюдения).Длительность импульсов излучения необходимо учитывать при выбореприемника излучения (его постоянной времени).151.5.
Режимы работы лазеров (режимы излучения)Режим непрерывного генерирования лазерного излучения (непрерывный режим) – режим работы лазера, при котором спектральнаяплотность мощности лазерного излучения на частоте генерированияне обращается в нуль при заданном интервале времени, значительнопревышающем период колебаний. Лазеры, работающие в непрерывномрежиме, часто называют непрерывными лазерами.Режим импульсного генерирования лазерного излучения (импульсный режим) – режим работы лазера, при котором его энергия излучается в виде импульсов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
