ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Структурные схемы и устройство лазеров из "Лазерные приборы и системы летательных аппаратов " Для того чтобы правильно (рассчитать лазерную систему, необходимо знать свойства и природу источников излучений как естественного, так и искусственного происхождения. Излучение имеет электромагнитную природу, является одной из форм энергии н обладает корпускулярно-волновыми свойствами. Корпускулярный характер излучения проявляется при испускании и поглощении света, когда имеют место элементарные акты взаимодействия излучения и вещества, а волновой характер — в явлениях дифракции и интерференции. Электромагнитное излучение занимает чрезвычайно широкий диапазон спектра. На рис. 1.1 —это от десяти километров до 10 м. Разумеется, это границы графика, но не самой шкалы электромагнитных волн, которую можно представить себе продолженной по обе стороны. [c.9] Из всего многообразия видов излучений в дальнейшем будем рассматривать только так называемое оптическое излучение, т. е. излучение, длины волн которого расположены от 10- м до 3,4-10 м, включающее области ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучений. Из этих трех видов излучений наибольшее значение имеет видимое излучение, а в последнее время приобретает и инфракрасное излучение. [c.9] Излучение в узком интервале длин волн (АХ— 0) называют моно-хроматич2 ким. Оно воспринимается как имеющее одну длину волны. [c.9] Формулы, описывающие основные энергетические характеристики и связь хмежду ними, приведены в табл. 1.1. Эти формулы позволяют рассчитать основные энергетические характеристики излучения, для чего необходимо знать закономерности излучения, которые выявлены и описаны для эталонного излучателя. [c.10] В наиболее отчетливой форме идея о квантовой природе света была сформулирована А. Эйнштейном [44, 53], который ввел понятие спонтанного и индуцированного излучения. Известно, что основной характеристикой квантов является количество сосредоточенной в них энергии, которая пропорциональна частоте колебаний света и выражается равенством е=/гу, где е — энергия кванта. [c.10] где с — скорость света в вакууме. [c.10] Причем направление импульса-совпадает с направлением света. Если ввести понятие волнового вектора, то формула для импульса принимает вид Р=кк, где к — волновый вектор. [c.10] Глубокий смысл этой теории состоит в том, что обмен энергией и импульсом между макросистемами (электрон, атом, молекула) и светом происходит путем порождения одних и уничтожения других квантов света. [c.12] Эти уравнения охватывают все три основных процесса поглощение, испускание и расстояние света микросистемами. [c.12] Приведенные рассуждения приемлемы не только к взаимодействию системы с электр01магнитными колебаниями видимого диапазона волн (светом), но и к взаимодействию системы с электромагнитными колебаниями других длин волн (ультрафиолет, инфракрасное и СВЧ излучение). Энергетическое состояние системы принято характеризовать энергетическими уровнями. [c.12] При положительном значении Т энергия системы минималь- на, при отрицательном значении Т — максимальна. [c.13] Если на систему, у которой N[ N2, падает свет, то наблюдается поглощение света. В этом случае электромагнитное поле теряет свою энергию. Если же созданы условия, при которых N N1, то происходит усиление электромагнитного поля. [c.13] Выражение (1.2) носит название закона Бугера — Фабриканта. Он описывает лавинообразное нарастание интенсивности по мере распрост ранения света в неравновесной системе. Эффект нарастания электромагнитной энергии может быть значительно усилен, если поток многократно проходит через систему, отражаясь от зеркальных поверхностей, расположенных по ее торцам. Условие для возникновения генерации определяется потерями в системе 1, где д— коэффициент потерь. [c.13] Потери энергии на зеркалах должны быть меньше, чем усиление энергии в системе. Зеркальные пластины, располагаемые параллельно одна другой (рис. 1.2), образуют резонатор, который обычно характеризуется добротностью Q = Ql + Q2, где Ql — добротность, определяемая отражательной способностью зеркал 2 — добротность, определяемая параллельностью зеркал. [c.13] Таким образом, обеспечивая подходящие условия, т. с. создавая перенаселенность верхнего энергетического уровня по сравнению с нижним уровнем, помещая систему в резонатор с высокой добротностью и выполняя условие самовозбуждения, можно получить систему, излучающую световой поток. Это излучение может быть как спонтанным, так и индуцированным. [c.14] Спонтанное излучение характеризуется тем, что возбужденная частица, т. е. частица, находящаяся на верхнем энергетическом уровне, самопроизвольно при отсутствии внешнего светового потока переходит на нижний уровень, отдавая избыточную энергию в виде кванта света. Частицы излучают в различное время и с различной фазой, поэтому спонтанное излучение является некогерентным и широкополосным по спектру. [c.14] Тепловые источники излучения в природе наиболее распространены. При нагревании вещества его молекулы приходят в непрерывное колебательное, вращательное и поступательное движение, в результате чего возникает излучение со сплошным спектром. Процесс превращения тепловой энергии в электромагнитную называют температурным излучением. Если тепловой излучатель имеет наибольшую мощность излучений при данной температуре для всех длин волн по сравнению с другими тепловыми излучателями то его называют полным излучателем. Таким излучателем является абсолютно черное тело (АЧТ). Данный источник, используемый в качестве эталонного, представляет практический интерес по двум причинам во-первых, его излучение можно рассчитать теоретически, во-вторых, при данной температуре он излучает максимальное количество энергии. [c.15] На рис. 1.3 показаны функции спектральной плотности энергетической светимости АЧТ при различных значениях температуры. Хорошо видно, что по мере роста температуры увеличивается площадь подынтегральной функции, что следует из закона Планка. Видно, что максимальное значение излучения по мере роста температуры смещается справа налево, т. е. в область более коротких длин волн. [c.16] В табл. 1.1 приведены энергетические и световые единицы измерения. В ряде случаев один и тот же поток (монохроматический или сложного состава) может быть выражен как поток энергии (в ваттах) или как световой поток (в люменах). Связь между ними устанавливается следующим образом. [c.17] Видимое излучение занимает диапазон от 0,38 до 0,77 мкм, что обусловлено чувствительностью глаза. Однако глаз в этом диапазоне реагирует на монохроматическое излучение с различными длинами волн неодинаково (рис. 1.4). Видно, что глаз -максимально чувствителен на длине волны 0,555 мкм. Если единице мощности монохроматического потока излучения с длиной волны X соответствует световой поток к Х), численно равный спектральной чувствительности глаза, тогда монохроматическому потоку Ф( ,) будет соответствовать однородный световой ноток Р Х), определяемый зависимостью Р %) =Ф(Я) к Х). [c.17] Вернуться к основной статье