Когерентные свойства лазерного излучения

Путем наблюдения за интерференционными полосами проверяли когерентность света от разных колец и от различных частей одного кольца. Таким способом было установлено, что когерентные свойства света в кольцах аналогичны когерентным свойствам лазерного излучения в центральном пятне. Поэтому было высказано предположение, что кольца возникают из-за рассеяния лазерного света на оптических неоднородностях в самом кристалле. Следовательно, кольцевая картина аналогична той, которая возникает при анализе лазерного света с помощью внешнего эталона Фабри Перо. [c.43]

Когерентные свойства лазерного излучения 28, 454 [c.509]

Информацию о влиянии случайных неоднородностей диэлектрической проницаемости воздуха на когерентные свойства лазерного излучения в турбулентной атмосфере содержит функция взаимной когерентности поля Г2(х, рг), удовлетворяющая уравнению [c.42]

При статистическом анализе сильных флуктуаций интенсивности ((32 1), как и при исследовании когерентных свойств лазерного излучения (см. гл. 3), удобно выделить несколько характерных режимов распространения. Это режим плоской волны режим сферической волны (Й<сР 0 режим пространственно ограниченного пучка Отдельно следует [c.86]

Избирательность заселения фотонных состояний и обеспечивает в лазере оптический резонатор. Возможность положительной обратной связи, содержащаяся в явлении вынужденного излучения, осуществляется в квантовом генераторе с помощью резонатора (16], с. 315). Прежде всего резонатор выделяет в пространстве определенное направление, в котором преимущественно происходит генерация. Кроме того, резонатор осуществляет селекцию по частоте и поляризации излучения. Часто используемые в резонаторах плоскопараллельные пластинки, ориентированные под углом Брюстера к оси резонатора, как раз и обеспечивают избирательность по поляризации генерируемых фотонов. Можно сказать, что выделение определенных фотонных состояний, в которых и осуществляется преимущественно генерация излучения, — принципиальная функция оптического резонатора. Чем жестче обеспечивает резонатор избирательность заселения фотонных состояний, тем выше когерентные свойства лазерного излучения (выше направленность, монохроматичность, степень поляризации). [c.104]

Особые свойства лазерного излучения — высокая спектральная чистота и пространственная когерентность — позволяют, сильно увеличивая давление света, найти ему разные применения. Это стало возможным благодаря фокусировке лазерного луча в пятно с радиусом, равным одной длине волны. Оказалось, что силы давления, вызываемые сфокусированным лазерным светом, достаточно велики для перемещения маленьких частиц в различных средах. Используя сфокусированный лазерный пучок, удается сообщить как крошечным микроскопическим частицам, так и отдельным атомам и молекулам ускорения, в миллионы раз превосходящие ускорение свободного падения. Подобное увеличение давления света в луче лазера может найти весьма широкие применения в разных областях науки и практики. Так, например, используя такое высокое давление, в принципе возможно производить разделение изотопов, разделение частиц в жидкости, ускорение до больших скоростей электрически нейтральных частиц, проведение анализа атомных пучков и т. д. [c.353]

Для проведения голографических процессов требуется источник когерентного излучения. В настоящее время наибольшую степень когерентности имеют колебания, генерируемые лазерами. Именно после изобретения лазера, когда открылась возможность систематического использования свойств лазерного излучения (его высокой интенсивности, монохроматичности и направленности), голография стала широко применяться на практике. [c.35]

Применение оптических квантовых генераторов (лазеров) позволяет существенно расширить границы традиционных оптических методов контроля и создать принципиально новые методы оптического неразрушающего контроля, например, голографические, акустооптические и др. Лазерная дефектоскопия базируется на использовании основных свойств лазерного излучения — монохроматичности, когерентности и направленности. [c.51]

Уникальные свойства лазерного излучения — высокая монохроматичность, пространственная и временная когерентность, направленность и интенсивность — делают лазер идеальным источником для широкого использования в метрологии, в сильной степени определяющей состояние и развитие промышленности. [c.228]

Дается более глубокое и существенно менее сложное описание когерентных и статистических свойств лазерного излучения в сравнении с обычным светом. [c.8]

Прежде чем приступить к рассмотрению когерентных свойств световых пучков, следует сравнить статистические свойства лазерного излучения и излучения обычных источников света. [c.444]

После того как мы рассмотрели в предыдущих разделах когерентность первого порядка, упомянем теперь об удивительном явлении, характерном для лазерного излучения и называемом спекл-картиной. Спекл-картину можно увидеть, если наблюдать лазерный свет, рассеянный от стены или рассеивающего транспаранта. Наблюдаемый рассеянный свет состоит из хаотического скопления ярких и темных пятен (или спеклов) (рис. 7.10, а). Несмотря на хаотическое распределение пятен можно различить пятно (или зерно) средних размеров. Из первых же работ стало ясно, что это явление обусловлено интерференцией вторичных волн с усилением и ослаблением, распространяющихся от небольших рассеивающих центров, расположенных на поверхности стены или рассеивающего транспаранта. Поскольку рассматриваемое явление наблюдается только тогда, когда излучение имеет высокую степень когерентности первого порядка, оно представляет собой неотъемлемое свойство лазерного излучения. [c.466]

Проблема оптических резонаторов занимает центральное место в квантовой электронике. Любой лазер состоит из двух основных компонентов — возбужденной среды и резонатора. Роль среды сводится к обеспечению усиления света в определенном спектральном диапазоне все специфические свойства лазерного излучения — его когерентность, направленность и Т.П. — формируются резонатором. Именно успехи в области резонаторов лежат в основе достигнутого за недолгое время существования квантовой электроники сужения диаграммы направленности и спектральной полосы излучения на несколько порядков по сравнению с первыми образцами оптических генераторов. [c.5]

Внедрение лазеров в практику физического зксперимента существенным образом способствовало интенсивному развитию голографии. Это представляется вполне естественным, поскольку именно при реализации процесса голографической регистрации волнового фронта в наиболее полной мере используется такое уникальное свойство лазерного излучения, как высокая степень пространственной и временной когерентности. Успешному построению теории голографических процессов способствовали применение, с одной стороны, хорошо развитого аппарата дифракционной теории формирования изображений и, с другой, - достижения статистической оптики и теории частичной когерентности. [c.7]

Создание лазеров — источников когерентного света, основанных на использовании вынужденного излучения в атомных системах,— оказало большое влияние на развитие различных областей науки и техники. Замечательные свойства лазерного излучения, к которым относятся высокие плотности энергии и мощности излучения, исключительно высокая направленность, возможность фокусировки излучения в пятно малого размера, широкий диапазон регулирования временных и энергетических параметров, превратили лазерный луч в уникальный по своим возможностям и надежный инструмент для выполнения различных технологических операций и научных исследований. [c.3]

Лазер обычно представляет собой резонатор, заполненный средой с отрицательным электромагнитным поглощением. Резонатор необходим для того, чтобы снизить радиационные потери в среде с малым усилением за счет циркуляции электромагнитной энергии (в узкой полосе частот), которая дает возможность восполнить потери энергии, обусловленные вынужденным излучением. Для получения же электромагнитной энергии, обладающей свойствами лазерного излучения (спектральным сужением, высокой степенью временной и пространственной когерентности, высокой степенью коллимации), резонатор не требуется. Излучение с такими свойствами (в инфракрасной, [c.225]

Резонатор лазера (система зеркал, между которыми располагается активная среда) обеспечивает обратную связь между световой волной, испущенной какой-либо частью атомов вещества, и атомами, еще находящимися в возбужденном состоянии. В результате этого происходит упорядочение испускания фотонов атомами активного вещества независимо от момента самого акта испускания, т. е. переходы между верхним и нижним лазерными уровнями осуществляются когерентно. Одновременно лазерное излучение оказывается также монохроматическим. Благодаря применению резонатора лазерное излучение обладает и еще одним отличительным свойством высокой направленностью. Все вместе это приводит к тому, что с помощью лазерных источников света можно создать напряженности электромагнитного поля, близкие к внутриатомным. [c.672]

Изложение современных фундаментальных понятий оптики построено в учебнике на основе требования единства эксперимента и теории. Наряду с традиционными вопросами рассмотрены статистические и когерентные свойства квазимонохроматического излучения, спектральное разложение, электронная теория дисперсии, основы нелинейной оптики. Большое внимание уделено свойствам лазерного излучения и применению лазеров в физическом эксперименте. К каждому параграфу даны контрольные вопросы и задачи. [c.2]

Содержание пособия соответствует действующей программе курса общей физики для физических специальностей вузов. От существующих учебных пособий оно отличается тем, что в нем в сравнительно небольшом объеме наряду с традиционными вопросами строже и подробнее, чем это обычно принято, рассматриваются статистические и когерентные свойства квазимонохроматического излучения, спектральное разложение, электронная теория дисперсии, оптические резонаторы, разрешающая сила оптических и спектральных приборов, фотоэлектрические измерения, основы нелинейной оптики. Большое внимание уделяется объяснению свойств лазерного излучения и применению лазеров в оптическом эксперименте. Изложение учебного материала проводится на основе электромагнитной теории света, с соблюдением требования единства теории и эксперимента, обязательного при изучении курса общей физики. [c.6]

Исключительные свойства лазерного излучения открывают широкие перспективы для использования лазеров в различных областях науки и техники монохроматичность и когерентность — в голографии, при обработке информации, в измерительной технике высокая мощность — в лазерной технологии и энергетике, в нелинейной оптике малая расходимость излучения — в лазерной связи, локации, геодезии, строительстве и т. д. [c.455]

ВОЗМОЖНОСТЬ НОВОГО прибора. Вскоре я подключился к теоретическим исследованиям процессов в лазерах и продолжил их в Штутгартском университете. Я разработал теорию лазера, основные результаты которой опубликовал в 1962 г. и которую затем вместе с моими коллегами приложил к различным конкретным задачам. Примерно в то же самое время Лэмб опубликовал свою теорию, которую он и его соавторы использовали для решения многочисленных задач. Теперь хорошо известно, что эти две теории, которые называются полуклассическими и которые разработаны независимо, эквивалентны. Следующий шаг состоял в создании квантовой теории лазера, которая позволяет предсказать когерентность и шумовые свойства лазерного света (и света от обычных ламп). Эта теория, опубликованная мною в 1964 г., впервые показала, что статистические свойства лазерного излучения резко изменяются вблизи порога генерации. В последующие годы моя группа в Штутгарте продолжила эту работу дальше, и, например, были предсказаны особенности статистики фотонов вблизи порога. [c.13]

Когерентное поведение и статистические свойства лазерного излучения обсуждаются более детально в разд. 3.31. В дальнейшем изложении приводятся только качественные результаты, которые должны послужить пониманию основополагающих представлений. Ниже порога выходящее из лазерного резонатора излучение обладает тем же статистическим характером, что и тепловое излучение, а именно имеет место гауссово распределение комплексных а.мплитуд Ё в каждой моде. Амплитудные вклады в этом случае распределены нормально, тогда как фазы распределены равномерно. При достаточно большом превышении порога и для времен наблюдения, меньших времени фазовой корреляции ( [А/д] ), лазерное излучение можно рассматривать как волну с приблизительно постоянными амплитудой И фазой, а детальное представление дано в п. 1.314. При [c.28]

Однако уникальные свойства лазерного излучения (яркость, монохроматичность, когерентность, направленность) позволили реализовать и принципиально новые методы термометрии. [c.94]

Появление лазеров создало новые возможности для совершенствования метода, в первую очередь в области спектроскопии высокого разрешения. Уникальные свойства лазерного излучения — высокая спектральная плотность энергии, монохроматичность, возможность плавной перестройки длины волны излучения позволили разработать ОА-спектрометры, обладающие высокой чувствительностью и высоким спектральным разрешением. Достижения линейной ОА-спектроскопии с источниками когерентного излучения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов освещены в обзоре [38], а с узкополосными лазерами непрерывного и импульсного действия в монографиях [3, 12, 39] и обзорах [26, 29]. Использование в качестве источников излучения импульсных лазеров высокой мощности позволило расширить сферу применения ОА метода и способствовало развитию нелинейной ОА спектроскопии [3, 26]. [c.134]

Наука и техника, получив в свое распоряжение огромное разнообразие генераторов мощного когерентного электромагнитного излучения — лазеров, претерпели за последние десятилетия кардинальные перемены. Революционно изменился облик оптики, появились новые области науки, опирающиеся на применения лазерного излучения, родилась и быстро развивается лазерная технология. Эти и другие замечательные достижения стали возможными благодаря сочетанию уникальных свойств лазерного излучения и в первую очередь благодаря огромной концентрации электромагнитной энергии в пространстве и во времени в лазерных пучках и импульсах. [c.64]

Высокая когерентность, монохроматичность, узкая направленность, поляризация и высокая плотность энергии являются теми главными свойствами лазерного излучения, которые позволили с успехом использовать лазеры в измерительных приборах [6]. Обычно ЛЦИС используется не только для центрирования, но и для контроля геометрических параметров крупногабаритных конструкций, монтажа технологической оснастки, сборки изделий, разметки и для других работ. За эталон прямолинейности в ЛЦИС принимается энергетическая ось лазерного луча. ЛЦИС (рис. 183) представляет собой оптико-электронное устройство, состоящее из следующих элементов [c.313]

Высокая когерентность, монохроматичность, узкая направленность, поляризация и, наконец, высокая плотность мощности — вот тс основные свойства лазерного излучения, которые -в настоящее время с успехом используют при создании принципиально новых измерительных приборов. [c.36]

Полезными свойствами обладают голографические системы определенного рода, в которых каждая точка предмета порождает на голограмме элементарную решетку Рэлея. Один из способов осуществления таких голограмм иллюстрируется схемой, изображенной на рис. 11.10. Плоский прозрачный объект, показанный пунктиром, просвечивается параллельным пучком лазерного излучения часть того же пучка фокусируется линзой А на малое отверстие О, которое служит источником опорной сферической волны. Схема обеспечивает, очевидно, когерентность опорной волны и волн, идущих от предмета. [c.254]

Замечательные свойства лазеров — исключительно высокая когерентность и направленность излучения, возможность генерирования когерентных волн большой интенсивности в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра, получение высоких плотностей энергии как в непрерывном, так и в импульсном режиме — уже на заре развития квантовой электроники указывали на возможность широкого их применения для практических целей. С начала своего возникновения лазерная техника развивается исключительно высокими темпами. Появляются новые типы лазеров и одновременно усовершенствуются старые создаются лазерные установки с необходимым для различных конкретных целей комплексом характеристик, а также различного рода приборы управления лучом, все более и более совершенствуется измерительная техника. Это послужило причиной глубокого проникновения лазеров во многие отрасли народного хозяйства, и в частности в машино- и приборостроение. [c.3]

Измерение указанных параметров возможно по анализу распределения рассеянного волокном когерентного излучения [51, 203, 217, 248]. Однако, если волокно прозрачно для излучения лазера, распределение рассеянного волокном лазерного излучения зависит не только от размеров и формы волокна, но и от других факторов, которые необходимо учитывать структуры поперечного сечения волокна (моноволокна, световоды, трубки, многожильные волокна и т. д.), показателя преломления материала, его однородности и изотропности, а также ориентации плоскости поляризации излучения относительно геометрической оси. Эта зависимость объясняется тем, что часть излучения проходит непосредственно через материал волокна и интерферирует с излучением, рассеянным его поверхностью. Особенности внутренней структуры и свойства материала волокна определяют деформацию волнового фронта излучения, проходящ,его через волокно, и вид результирующего распределения интенсивности рассеянного излучения, по которому судят о геометрических параметрах волокна. . [c.269]

Свойства лазерного излучения значительно расширили возможности интерферометрии для измерения длин и перемещений. Ограниченное использование интерферометров при таких измерениях было связано с качеством имеющихся источников света, не обладающих дсстаточной яркостью и когерентностью, что не позволяло получать четкую интерференционную картину при длине измерительного плеча более полуметра. Так как время когерентности лазерного излучения может составлять 10 — 10 с, лазерные интерферометры дают устойчивую интерферен- [c.228]

Оценить характеристики оптических устройств и понять их ограничения можно лишь, если хорошо изучить особенности распространения электромагнитного излучения. Это позволяет разрабатывать устройства для управления лазерным излучением. Поэтому основное внимание в книге уделяется изложению фундаментальных принципов. Мы постарались установить связь между теорией и практикой путем рассмотрения конкретных примеров, основанных на реальных ситуациях. Когерентное взаимодействие лазерного излучения с различными оптическими средами мы рассматривали с привлечением лишь классической электродинамики. Оптические свойства этих сред описываются с помощью таких материальных параметров, как диэлектрические тензоры, тензоры гирации, элек-трооптические коэффициенты, постоянные фотоупругости и нелинейная восприимчивость. Из оглавления нетрудно видеть, что здесь рассмотрен очень широкий круг вопросов. [c.7]

Преимущество лазеров заключается в сосредоточении энергии излучения в узком спектральном интервале при высокой направленности и пространственной когерентности пучка излучения. Эти свойства лазерного излучения позволяют получать большую глубину зоны локализации интерференционной картины и ее высокий контраст по всему полю наблюдения при практически неограниченной частоте полос. При использовании неколлимированного лазерного пучка диаметром d глубина зоны локализации, определяемая расходимостью лазерного излучения 0, будет равна /к = d/0, а при расширении лазерного пучка с помощью телескопической системы она определяется углом 0т = Qd/D, где D — диаметр пучка на выходе расширительной системы. Вследствие малости угла 0 и пространственной когерентности излучения лазера зона локализации получается протяженной, что облегчает настройку интерферометра и совмещение исследуемого объекта с областью локализации. [c.179]

Появление этих новых аспектов старой проблемы взапмодей-ствпя света с веществом обусловлено специфическими свойствами лазерного излучения, качественно отличающими его от излучения любых долазерных некогерептных источников,— его когерентностью, направленностью, монохроматичностью, малой длительностью, высокой интенсивностью. Так, в случае генерации одной аксиальной моды расходимость пучка лазерного излучения мень- [c.5]

Широко известны различные примеры проявления этих специфических свойств лазерного излучения. Так, например, в различных прозрачных средах возникает его самофокусировка, т. е. нарушается один из основных законов оптики — закон прямолинейного распространения света. Самофокусировка обусловлена большой интенсивностью лазерного излучения, под действием которого изменяется коэффициент преломления среды. Другой хорошо известный пример — возможность разделения изотопов ла-эерным излучением за счет высокой монохроматичности излучения и его селективного воздействия па состояния сверхтонкой структуры атомных спектров. Когерентность лазерного излучения и, в частности, его экстремально малая расходимость позволяют фокусировать излучение в кружок, диаигетр которого порядка длины волны излучения, т. е. порядка 1 мкм. При длительности лазерного импульса порядка фемтосекунд длина цуга, т. е. той области пространства, где локализовано электромагнитное поле вдоль направления его распространения, составляет величину порядка 10 см, т. е. величину порядка длины волны излучения Можно привести и другие примеры, столь же принципиально противоречащие привычным представлениям, сложившимся в до-лазерную эпоху, когда существовали лишь некогерентные источники излучения. [c.6]

Закапчивая этот беглый, качественный обзор свойств лазерного излучепня и вещества, а также основных черт взаимодействия излучения с веществом, хочется еще раз подчеркнуть, что вся специфика этого взаимодействия обусловлена специфическими свойствами лазерного излучения — его когерентностью, монохроматичностью, паиравлепыостью, высокой интенсивностью и малой длительностью. Именно эти свойства обусловливают те новые и разнообразные физические явления, которые возникают при взаимодействии лазерного излучения с веществом и обусловливают выделение зтих процессов в отдельный раздел физики. [c.18]

Полуклассическая теория лазера, которую мы представили в предшествующих главах, позволила нам объяснить и даже предсказать многие свойства лазерного излучения. Однако из этой теории следовало, что лазерная генерация устанавливается при накачке, превышающей определенный порог, а ниже этого порога вообще не возникает никакого излучения. Этот вывод нельзя считать удовлетворительным, поскольку даже без выполнения условия генерации испускание света возможно, а именно свет излучают обычные лампы. Адекватная теория лазера должна описывать переход от излучения обычных ламп к лазерному излучению, она должна охватывать излучение лампы как частный случай. Таким образом, становится очевидным, что мы упустили важный аспект теории лазеров. Чтобы разъяснить постановку вопроса, рассмотрим более внимательно явление испускания света обычными источниками. Как мы знаем, свет испускается возбужденными атомами при спонтанных переходах ). Такое излучение нельзя получить в рамках теории, которая описывает свет классически. Спонтанное излучение возбужденных атомов может быть адекватно описано только в том случае, если проквантовать световое поле. Мы знаем также, что затухание классической или квантовой величины всегда сопровождается флуктуациями. Пусть, например, световое поле в резонаторе затухает из-за пропускания зеркал. Мы должны ожидать при этом флуктуаций амплитуды светового поля. Как флуктуации, связанные со спонтанным излучением, так и флуктуации, обусловленные потерями в резонаторе, не учитываются в полуклассических уравнениях лазера. Мы увидим, что становится необходимым полностью квантовое описание лазера, если мы хотим объяснить различие между лазером и обычной лампой. Флуктуациями лазерного излучения фундаментальным образом определяются свойства когерентности лазерного света. Если же рассматривать свойства [c.249]

Замечательные свойства лазерного излучения (монохроматичность, когерентность, высокая направленность, возможность управления характеристиками излучения) обусловливают широкое применение лазеров в системах связи, локации, сверхвысокоточного дальнометрирования, навигации, дистанцианного и локального газоанализа. [c.5]

Для объяснения описанного, очень эффектного эксперимента можно рассуждать следующим образом. На первом этапе голографирования фотопластинка воспринимает более или менее сложное поле, фазовые свойства которого зависят от геометрических особенностей объекта и опорной волны, поскольку использованное лазерное излучение пространственно когерентно. Каково бы ни было это поле, его можно представить в виде набора плоских волн (теорема Фурье). Каждая нз них в результате интерференции с опорной волной создает периодическую систему интерференционных полос с характерными для нее ориентацией и периодом. Каждая элементарная интерференционная картина приводит к образованию на голограмме некоторой дифракционной решетки. В соответствии с изложенным в 58 каждая из этих решеток на втором этапе голографирования восстановит исходную плоскую волну. Более детальный анализ показывает, что восстановленные элементарные волны находятся в таких же амплитудных и фазовых отношениях, как и набор исходных плоских волн. Поэтому совокупность восстановленных элементарных плоских волн воссоздаст согласно теореме Фурье полное рассеянное объектами поле, которое мы и наблюдаем визуально или регистрируем фотографически. [c.244]

Больщие перспективы открылись в последнее время при использовании в интерферометрах в качестве источника света лазеров с излучением в видимом диапазоне длин волн. Лазеры обладают высокой степенью когерентности и испускают практически монохроматическое излучение. Помимо перечисленных свойств лазерные источники света имеют высокие направленность и яркость излучения [4]. [c.223]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...