ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Монохроматичность лазерного излучения из "Физические основы технологических лазеров " Монохроматичность лазерного излучения не является критичной в случае термических процессов лазерной технологии. Однако для лазерной химии, разделения изотопов, медицины, биологии и других технологических процессов, в основе которых лежит селективность воздействия лазерного излучения на определенные компоненты подвергающейся облучению среды, монохроматичность излучения лазера, так же как и возможность плавной перестройки его частоты, играет не меньшую роль, чем интенсивность излучения. [c.57] Излучение лазера когерентно, т. е. связанные с ним колебания электромагнитного поля имеют постоянный во времени сдвиг фазы для двух произвольных точек. Необходимо выделять временную и пространственную когерентность. Первая имеет место при наличии разности оптического пути лазерных лучей, а вторая — при рассмотрении фазовых свойств излучения из разных, разнесенных точек поперечного сечения пучка. [c.57] Таким образом, в многолучевых лазерных системах когерентность излучения непосредственно влияет на его предельную интенсивность, а следовательно, и технологические возможности лазера. [c.60] Рожденный в результате спонтанного перехода квант может иметь любое направление поляризации, а квант, появившийся в результате процессов вынужденных переходов, будет иметь ту же поляризацию, что и квант, вызвавший этот процесс. Поэтому для получения линейно поляризованного излучения необходимо вводить в резонатор лазера некоторый селектирующий элемент, позволяющий обеспечить различный уровень внутрирезонатор-ных потерь для электромагнитных колебаний с различными поляризациями. В случае неполяризованных лазерных пучков выделить заданное направление поляризации можно с помощью различных поляризаторов — устройств, обладающих различным пропусканием излучения с различной поляризацией. [c.60] Поляризация лазерного пучка может существенно влиять на эффективность технологических процессов, в которых отражение излучения играет важную роль. Например, при лазерной резке толстых металлических материалов излучение падает в глубь прорезаемого образца после многократного отражения излучения от боковой поверхности щели. Так как угол Брюстера для металлов близок к л/2, то при таких отражениях излучение с ориентацией электрического поля вдоль направления реза будет меньше поглощаться при отражении от боковой поверхности щели и достигнет дна с меньшими потерями, что приведет к росту предельной глубины реза. Однако такая поляризация будет оптимальной только для резки в заданном направлении. При вырезании сложных фигур излучение должно иметь круговую поляризацию, так как именно она обеспечит одинаковую ширину и глубину реза в самых разных направлениях. Как видно из рассмотренных примеров, выбор поляризации излучения должен проводиться с учетом особенностей конкретного технологического процесса. [c.62] ГИИ пучка на малых площадях. Эта возможность зависит прежде всего от его пространственных характеристик распределения интенсивности в лазерном пучке и его расходимости. [c.63] При генерации на модах высшего порядка распределение, как видно из рис. 1.14, имеет вид пятен или колец. В случае многомодовой генерации распределение интенсивности по выходной апертуре лазера будет определяться конкретным модовым составом и распределением энергии излучения среди этих мод. Варьированием модового состава излучения можно существенно влиять на распределение интенсивности, подбирая его оптимальным образом для конкретных технологических процессов. [c.63] В случае неустойчивого резонатора распределение интенсивности излучения на выходе лазера в зависимости от формы выводного зеркала и его юстировки может иметь вид кольца, прямоугольной рамки, серпа или уголка. Распределение интенсивности в кольце будет однородным только в геометрическом приближении, т. е. если число Френеля (1.94) будет существенно больше единицы. В реальных технологических лазерах дифракционные потери, как правило, уже заметны. [c.63] В реальных условиях величина расходимости излучения технологических лазеров может существенно превышать величину d из-за оптической неоднородности активной среды, несовершенства оптических элементов резонатора и их механических вибраций, приводящих к колебаниям оси резонатора в пространстве. [c.68] Расходимость излучения лазера можно уменьшить, увеличив с помощью телескопа размер пучка. Из рис. 2.4 видно, что в случае двухлинзового конфокального телескопа с коэффициентом увеличения М — Fi/Fx, где F и F2 — фокусные расстояния первой и второй линз по ходу луча, размер пучка увеличивается в М раз. Так как при этом 01Ш1 = 02Ш2, то расходимость излучения за второй линзой также падает в М раз, т. е. [c.68] Некоторые расчетные и измеренные для реальных технологических лазеров характеристики сфокусированных пучков приведены в табл. 2.2. [c.69] При реальных для большинства технологических лазеров значениях 0 рад и Л 10 оптимальное фокусное расстояние фокусирующей системы составит fopt (3...10)Ь . [c.71] Весьма важным для технологического применения является обеспечиваемая фокусирующей системой глубина резкости пучка, т. е. размер перетяжки пучка в направлении его распространения. Как видно из приведенных на рис. 2.6 типичных экспериментальных данных, профиль лазерного пучка вблизи фокальной плоскости линзы существенно зависит от наличия аберрационных эффектов. При F Fofi, когда аберрацией можно пренебречь, перетяжка симметрична (кривая 1) и под ее длиной можно подразумевать длину бл , в пределе которой размер геометрически сходящегося пучка остается меньше его реального размера в фокальной плоскости, т.е. [c.72] В случае заметной сферической аберрации профиль пучка вблизи фокальной плоскости зависит от радиального распределения интенсивности в исходном пучке. [c.72] Из общих соображений ясно, что параметр, характеризующий эффективность использования лазера в селективных процессах с характерной шириной линии поглощения Avr, должен содержать также ширину спектра генерации и I. Конкретный вид параметра для сравнения лазеров должен учитывать особенности конкретного процесса. [c.74] Одним из наиболее удобных и распространенных способов получения плазмы является газовый разряд. Под газовым разрядом будем понимать совокупность физических явлений, сопровождающих протекание электрического тока через вещество в газообразном состоянии. Принципиальная электрическая схема газового разряда представлена на рис. 3.1. [c.75] Диапазон изменений параметров плазмы газового разряда чрезвычайно велик. В плазме газоразрядных лазеров концентрация электронов изменяется от 10 до 10 ...10 см , температура нейтральных атомов от сотен до тысяч К и, наконец, средняя энергия электронов — от долей до десятков эВ. [c.76] Этот процесс носит резонансный характер и идет с максимальной вероятностью при совпадении энергии возбуждения частиц А и В. [c.77] Помимо перечисленных элементарных процессов, идущих в объеме плазмы, при анализе работы лазерных систем необходимо учитывать целый ряд поверхностных явлений, имеющих место на электродах и ограничивающих плазму поверхностях. Прежде всего к ним следует отнести эмиссию электронов под действием положительных ионов (у-процесс), фотоэффект, термо- и автоэлект-ронную эмиссию электронов на катоде и, наконец, нейтрализацию положительных и отрицательных ионов, а также тушение частиц на ограничивающих плазму поверхностях. [c.78] Как видно из (3.26), средняя энергия электрона в разряде определяется не только характеристиками газа, отражаемыми газокинетическими сечениями (через Xei), сечениями неупругих потерь (через 6 ), его массой, но и величинами электрического поля и концентрацией нейтральных частиц, входящими в виде соотношения Е/па, называемого приведенной напряженностью электрического поля, и для изменения величины Ue необходимо менять величину параметра Е/па. [c.80] Вернуться к основной статье