ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Характеристика лазерного излучения и структура его поля из "Лазерные и оптические методы контроля в самолетостроении " Как известно, метод получения колебаний в квантово-механических приборах оптического диапазона (лазерах) основан на том, что внешнее электромагнитное излучение может взаимодействовать с микрочастицами вещества, называемого активным веществом, и изменять их внутреннюю энергию, в результате чего невозбужденные частицы из основного состояния могут переходить на более высокие энергетические уровни н определенное время находиться в возбуждепно М состоянии. [c.30] Внутренняя энергия предварительно возбужденных частиц активного вещества при излучательных переходах с более высоких энергетических уровней не менее высокие, совершаемых под воздействием внешнего электромагнитного поля (индуцироваи 1ые переходы) или самопроизвольно (спо 1танное излучение), преобразуется в энергию электромагнитных колебаний. [c.30] Фаза спонтанного излучения (Л , ) не зависит от фазы внешнего излучения, а фаза вынужденного излучения 1 .. Д.) та же, что и у вызывающего его внешнего излучения. [c.31] Эти соотношения справедливы в вакууме для частиц, имеющих невырожденные энергетические уровни. [c.31] Следует отметить, что множитель, стоящий перед Впт, есть число возможных мод — типов электромагнитных колебаний в данном объеме вещества. Приведенные формулы и зависимости (6, 7, 8, 9) показывают существенное различие между спонтанным (обычным) излучением и индуцированным (лазерным). [c.31] Излучение лазеров отличается от излучения обычных источников высокой монохроматичностью и когерентностью в пространстве и во времени, следствием чего является высокая направленность и большая спектральная плотность мощности с определенной поляризацией излучения. [c.32] Под пространственной когерентностью понимается корреляция фаз монохроматического излучения, испущенного из различных точек источника. В обычных источниках такая корреляция существует лишь для таких точек источника, расстояние между которыми соизмеримо с длиной волны в пределах излучаемого спектра. Фазы колебаний света от двух произвольно взятых точек поля не будут коррелпрованы, чем объясняется отсутствие интерференции света при размерах источника больше определенной величины. [c.32] Излучаемая лазером электромагнитная волна имеет лочти плоский фронт, т. е. фазы различных точек фронта будут одинаковы по всему сечению пучка. [c.32] Временная когерентность характеризуется корреляцией фаз колебаний в данной точке поля в любые два последовательных момента времени, разделенных интервалом Д/=1/А , где А — ширина спектра излучения. Разность хода лучей, при которой эти две волны, сведенные вновь, еще дают интерференционную картину, называют длиной когерентности (сАО- Для обычных источников эта величина весьма мала. При большой разности хода приходящие одновременно в одну и ту же точку поля лучи не будут интерферировать, они не будут принадлежать к одному и тому же акту испускания, и, следовательно, разность фаз этих волн не будет постоянной. [c.32] Высокая степень временной когерентности лазерного излучения обусловлена исключительно малой шириной спектра излучения, т. е. монохроматичностью. Поскольку Д очень мало, то соответственно велико время когерентности. Теоретически интерференционную картину лазерного излучения можно наблюдать при разности хода интерферирующих лучей в сотни километров, но практически, из-за влияния атмосферы, длина когерентности не превышает десяток, а в некоторых случаях сотен метров. [c.32] При 15 1 = 1 колебания полностью когерентны, интерференционная картина максимально резка. При Г=0 колебания полностью некогерентны, интерференция не наблюдается вообще. Частичная когерентность соответствует случаям, -когда 0 К] 1 — интерференционные полосы еще могут различаться. [c.33] Расходимость излучения, определяемая формулами (13) и (14), целиком связана с дифракцией электромагнитной волны. Эти углы расхождения луча называют дифракционными. [c.34] В этих условиях взаимодействие между частицами среды минимально, поэтому линии спонтанного излучения и поглощения наиболее узки (10-з)- (10-2 А). Ширина линии генерации газового ОКГ минимальна среди всех видов ОКГ, она достигает 1 Гц. Встедствие того, что газовая среда обладает гораздо больигей оптической однородностью, в газовых ОКГ можно получить наименьший угол расхождения пучка. В ОКГ с плоскими зеркалами без каких-либо дополнительных коллимирующих устройств угловая расходимость луча может быть порядка угловой минуты. [c.34] Если зеркала резонатора сферические, то расходимость излучения будет существенно зависеть от того, какую кривизну имеет волновой фронт на выходе лазера. [c.34] Использование лазеров в метрологических целях предполагает применение одномодового режима в большинстве измерительных приборов и систем. Проблема получения одномодового режима в газовых ОКГ небольшой мощности практически решена. Такие лазеры созданы и серийно выпускаются промышленностью. [c.35] Во многих случаях излучения ОКГ являются линейнополяризо-ванными. В газовых лазерах с выходными окнами, расположенными под углом Брюстера к оси резонатора, излучение почти полностью линейноиоляризовано. [c.35] Мощность оптического излучения, или лучистый поток, представляет собой энергию, переносимую излучением за единицу времени. Мощность, отнесенная к единице спектрального интервала, в котором происходит излучение, называют спектральной интенсивностью или спектральной плотностью мощности. [c.36] Излучение обычных источников занимает широкий спектральный диапазон. Поэтому, выделив пз этого излучения предельно узкую монохроматическую составляющую, получим очень малую мощность. Излучение обычных источников некогерептно. От некогерентного источника тоже можно получить когерентное излучение, но плотность мощности его будет очень мала. Оптические квантовые генераторы являются источниками когерентного излучения, что позволяет их Применить в качестве излучателей для широкого класса интерферометрических приборов. [c.36] Вернуться к основной статье