ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Измерение оптического клина при помощи одночастотного лазера из "Измерение лазерных параметров " При количественных измерениях мош.ности лазера с модуляцией добротности возникают трудности, так как датчик может быть разрушен одним импульсом. Применение обычных нейтральных фильтров затруднено по тем же причинам. Было установлено, что тонкими целлулоидными делителями пучка, состоя-ш,ими из пленок толщиной примерно 8 мк [4], можно ослаблять пучок без их разрушения. [c.26] В первом порядке оказывается только около 10% света, во втором — около 2% и т. д. Будучи однажды прокалибрована для различных порядков, грубая решетка пригодна для приближенных измерений интенсивности в очень широком динамическом диапазоне и оказывается чрезвычайно полезным устройством для ослабления амплитуды лазерного пучка до уровня, соответствующего чувствительности приемника. [c.26] НИИ В Пространстве интерференция этих волн дает пространственное фурье-преобразование отражающей поверхности. Это приводит к периодическому усилению и ослаблению волновых фронтов и в результате — к пятнистой картине. Датчик, который служит для определения характеристик пучка, следует помещать достаточно близко к отражающей поверхности с тем, чтобы он мог усреднить отбираемый сигнал по большому числу пятен. [c.27] Хотя чаще для контроля отводят часть лазерного пучка при помощи амплитудного делителя, нельзя игнорировать и такой метод, как рассеяние. Сильно ослабленные по интенсивности пучки можно получать за счет рассеяния света на частицах пыли в воздухе, через который проходит пучок. Для более воспроизводимого ослабления мощного лазерного пучка, которое было бы легче прокалибровать, можно рассеивать его в диэлектрической пластинке. Оптический клин с рассеивающими центрами представляет собой идеальный ослабитель пучка. Коль скоро рассеянный свет и прошедший луч проходят через один и тот же объем, интенсивность рассеянного света прямо связана с интенсивностью прошедшего луча. [c.28] Небольшую часть полной мощности импульсного твердотельного лазера можно отвести тонкой металлической проволокой, помещенной перед датчиком. Хотя такое устройство способно выдерл ать импульсы высокой интенсивности, оно также относится к полуколичественным приборам вид картины пучка твердотельного лазера меняется от импульса к импульсу, что приводит к изменению количества света, рассеянного прово-лочкой. [c.28] Визуально можно исследовать только очень небольшую часть спектрального диапазона, в котором работают лазеры. Вынужденная флуоресценция расширяет эффективный видимый диапазон, так что мы имеем возможность наблюдать лазерный луч даже тогда, когда его длина волны находится за пределами видимости. Ниже кратко рассматриваются некоторые экспериментальные возможности в этой области. [c.28] Многие материалы, особенно органические, флуоресцируют в видимом диапазоне при облучении их ультрафиолетовым светом. Одним из наиболее удобных преобразователей длин волн, применяющихся в лабораториях для наблюдения пятен от ультрафиолетовых пучков, служит обычная белая бумага, так как отбеливающие реагенты, употребляемые при ее производстве, характеризуются сравнительно высоким выходом флуоресценции. [c.29] Другой легкодоступный флуоресцирующий материал, которым обычно пользуются как преобразователем длин волн для сенсибилизированных ФЭУ, — это обычная смазка для кранов. Но шире всего применяется, вероятно, салициловокислый нат-зий. Главное его достоинство — очень широкий спектральный интервал, в котором он поглощает свет (от 400 до 3600 А). Флу оресцирует он в сине-зеленой области спектра, где квантовый выход большинства фотоприемников велик. [c.29] Когда луч аргонового лазера высокой мощности проходит через акриловые смолы оптического качества или через некоторые чистые стекла, он вызывает флуоресценцию в оранжевой части спектра. Поскольку время затухания флуоресценции велико, порядка 1 сек, при таком методе мы получаем превосходный источник ослабленного излучения, которое пропорционально средней выходной мощности лазера. Рассеянный сине-зеленый свет аргонового лазера легко отличить от излучения флуоресценции по цвету. [c.29] Длины волн импульсных азотного и гелий-неонового лазеров (работающих в области от 1 до 1,2 мк) были качественно проверены визуально удвоением их частот в кристаллах типа KDP. Хотя общая эффективность процесса преобразования гармоник относительно мала, особенно на уровне пиковой мощности порядка 100 вт, мощность преобразованного излучения все же достаточна для визуального наблюдения. [c.30] В настоящее время разрабатываются методы контроля пучков излучения молекулярных газовых лазеров, работающих в интервале от 5 до 10 мк. Один из способов, который оказался пригодным для наблюдения за излучением лазера на СО2 (10,6 мк), состоит в том, что луч пропускают через газовую кювету с аммиаком. На наличие лазерного пучка указывает зеленое свечение флуоресценции, которой сопровождается фотохимическое разложение газа (интенсивность флуоресценции при постоянной мощности лазера медленно уменьшается со временем). Изыскания, которые ведутся в настоящее время во многих промышленных лабораториях, несомненно приведут к разработке и других многофотонных преобразователей частоты, что позволит визуально контролировать инфракрасные лазерные пучки. [c.30] К наиболее серьезным ошибкам при измерениях параметров пучка относятся попытки определить его мощность или энергию в непосредственной близости от лазера. Во всех лазерах как часть их полной выходной энергии имеется огромный поток спонтанного излучения. Если луч контролируется непосредственно около лазера, то нужно принять необходимые меры к его фильтрации, чтобы исключить прямое попадание на приемник спонтанного излучения, света лампы накачки и, если мы работаем в инфракрасном диапазоне, исключить влияние посторонних источников тепла, таких, как лампы накаливания. Из-за паразитного облучения калориметров и других измерителей энергии, размещенных поблизости от резонаторов, были получены сильно завышенные значения выходной энергии рубиновых лазеров. Необходимо измерять энергию и мощность в нескольких местах вдоль оси пучка. Любые указания на изменение интенсивности или энергии пучка следует проверять, так как эти параметры не должны меняться с расстоянием. [c.31] Как мы уже упоминали, необходимо заботиться о том, чтобы луч, отраженный или рассеянный от отводящего элемента или прибора, служащего приемником излучения, не взаимодействовал с лазером, т. е. нужно обеспечивать хорошую развязку. В частности, в инфракрасных лазерах с большим усилением серьезным источником ошибки может быть апертурное рассеяние. [c.31] Необходимо заботиться о том, чтобы ошибок не вызывали интерференционные эффекты, которые часто возникают в результате многократного отражения между почти параллельными поверхностями или внутри оптических пластин. Возможность ошибки возрастает при измерениях вне видимого спектрального диапазона, ибо здесь глаз не в состоянии помочь выявить экспериментальные аномалии. Типичный пример экспериментальной ситуации, при которой возможны ошибки, — измерения мош,ности в инфракрасном диапазоне Для измерения средней мощности пользуются радиационными термостолбиками, которые мало чувствительны к длине волны (см. гл. 4). Такие термостолбики обычно содержат много термоспаев, и при их градуировке должна измеряться средняя мош,ность плоской волны. Результаты можно однозначно интерпретировать только тогда, когда измеряемый пучок однороден. Допустим, что нам нужно измерить мощность непрерывно работающего инфракрасного лазера, величина которой превышает предельную мощность, допустимую для термостолбика. Мы должны применить ослабитель, чтобы уменьшить интенсивность пучка до подходящей величины. Ослабитель можно поместить либо прямо перед термостолбиком, либо около лазера. Обычно термостолбик ставят на расстоянии 3—15 м от лазера, с тем чтобы пятно пучка равномерно освещало его апертуру. Если же ослабитель высокого качества находится около лазера, то он может образовать интерферометр Фабри — Перо и создать в пучке интерференционные полосы. Тогда термостолбик будет освещаться волновым фронтом с периодической структурой и в результате при измерениях могут возникнуть серьезные ошибки (8 1). Во избежание этого ослабитель обычно помещают около термостолбика. [c.32] В настоящее время лазеры работают в широком интервале длин волн, приблизительно от 2000 А до 0,4 мм, но большинство из них характеризуется чрезвычайно малой шириной линии излучения. И хотя открыты уже сотни переходов, в большей части спектрального диапазона лазеры еще не созданы. Чтобы измерять параметры пучка света в таком огромном интервале длин волн, необходимы чрезвычайно разнообразные экспериментальные методы. Очевидно, что в некоторых областях спектра экспериментальные возможности ограничиваются типами доступных приемников. Наиболее изученная часть спектра— это область от 0,25 примерно до 1 мк. В данной области имеется большое число разнообразных приемников. Это фотографические пленки, приемники с внешним и внутренним фотоэффектом и самые разнообразные актинометрические материалы. Были достигнуты большие успехи и создано много приемников в диапазоне длин волн от 0,7 до 1000 ж/с, обычно называемом инфракрасным. Основные свойства некоторых из наиболее широко применяющихся инфракрасных приемников рассматриваются в гл. 4. [c.34] Поскольку при измерении параметров пучка очень существенна структура мод резонатора и рабочего вещества, часть этой главы посвящена описанию наиболее важных типов оптических резонаторов и их мод (типов колебаний). Методы определения картины излучения в ближней и дальней зонах, связанной с модами резонатора, проиллюстрированы на конкретных примерах. Иллюстрации делают описание более наглядным и позволяют получить представление о достижимой точности. Особое внимание также уделяется оборудованию, которое было сконструировано специально для измерения лазерных параметров, и новым методам использования существующих приборов. [c.35] Картина лазерного излучения тесно связана с характеристиками резонатора. Существует семь основных типов открытых резонаторов, применяемых для лазеров плоскопараллельный, с большим радиусом кривизны, конфокальный, сферический, вогнуто-выпуклый, полусферический и полуконфокальный ). У всех лазерных резонаторов имеется одна общая черта — они представляют собой открытые резонаторы, т. е. у них отсутствуют боковые стенки. Если границы диэлектрика оказываются частью рабочего вещества, как, например, в волоконных, кубических, сферических и кольцевых системах, то в структуре мод выходного излучения важную роль играют различные эффекты связи. [c.35] Это выражение должно выполняться с хорошим приближением при больших числах Френеля, которые обычны для оптических резонаторов. [c.36] В случае волоконных лазеров расстояние между модами также определяется выражением (3.7). [c.37] Это условие также можно представить в виде b /d где У — радиус кривизны отрал ателя. Поперечное распределение поля почти такое же, как в случае ППФП с прямоугольной апертурой [см. формулу (3.3)]. [c.37] Вернуться к основной статье