Расходимость излучения в ДГС-лазерах

Под энергетической расходимостью излучения лазера понимают плоский или телесный угол при вершине конуса, внутри которого распространяется заданная доля энергии или мощности пучка излучения [88]. Чаще всего расходимость определяют на уровне половинной интенсивности или на уровне, где интенсивность падает в е раз от максимальной величины. Такое определение расходимости справедливо для сравнительно однородного по сечению луча, соответствующего основному типу колебаний (ТЕМ 00 ) резонатора. В случае многомодового излучения говорят о диаграмме направленности, понимая под этим угловое распределение энергии или мощности излучения в дальней зоне пространства, т. е. на таких расстояниях I > от излучателя, когда погрешности в фазах колебаний, складывающихся в точке наблюдения от всех элементарных участков апертуры луча D, малы по сравнению с л. При меньших расстояниях обычно нельзя говорить о диаграмме направленности, так как распределение интенсивности по углам зависит в этих случаях от расстояния I. [c.101]

Несмотря на некоторые принципиальные и чисто технические сложности, в [75] заменой обычного зеркала на набор возвратных отражателей удалось уменьшить угловую расходимость излучения лазера на неоднородной среде в 10 раз. [c.243]

В мощных лазерах, имеющих большие объемы активной среды, число Френеля резонатора и расходимость излучения лазеров (как с устойчивыми резонаторами, так и с плоским) велики (для устойчивого резонатора вследствие многомодового характера излучения, для плоского — в силу деформаций его мод аберрациями). Наиболее ценной особенностью неустойчивых резонаторов является возможность достижения расходимости излучения, близкой к дифракционной, даже при весьма больших объемах активной среды и значительной величине чисел Френеля резонатора. [c.83]

Куда хуже обстоит дело с нестационарными во времени линзоподобными деформациями (даже медленно меняющимися, например в начальный после включения период работы лазера), а также с аберрациями более высоких порядков. Наиболее перспективно здесь применение неустойчивых резонаторов (вспомним рассуждения об аберрационных коэффициентах и вид графиков для них на рис. 2.23), однако расходимость излучения лазеров с их использованием будет значительно больше, чем в отсутствие деформаций. [c.134]

Это соотношение позволяет пайти расходимость излучения лазера с конфокальным резонатором, не детализируя модовый состав излучения, поскольку она справедлива, как для одномодового излучения, так и для излучения, состоящего из смеси поперечных мод, если предположить, что расходимость многомодового пучка определяется расходимостью моды максимального порядка. [c.153]

Аналогичные закономерности справедливы и в отношении пространственной неоднородности, обусловленной поперечными модами. Поэтому с ростом накачки увеличивается число генерируемых поперечных мод, т. е. растет расходимость излучения лазера. [c.134]

Укажем, что излучение лазера (оптического квантового генератора) в наибольшей степени отвечает сформулированным требованиям — расходимость пучка очень мала, и излучается обычно строго определенная длина волны. Однако и это утверждение требует более подробного обсуждения. [c.32]

Наименьшую расходимость имеют газовые лазеры. Она составляет для них примерно К). Использованием относительно простой оптической системы (телескопической насадки) можно еще уменьшить расходимость излучения газового лазера. [c.32]

Необходимо подчеркнуть пространственную когерентность излучения в сечении лазерного светового пучка, тесно связанную с его расходимостью (см. 22). Если на пути лазерного светового пучка расположить две узкие параллельные щели, прорезанные в непрозрачном экране, т. е. осуществить схему интерференционного опыта Юнга (см. 16), но без первой входной щели, то на экране, поставленном за этими щелями, можно наблюдать интерференционную картину с высокой видимостью (контрастностью) ее полос. Это значит, что излучение лазера пространственно когерентно. [c.788]

Красители дают генерацию не только в растворах, но и в парах ). Лазеры на парах сложных молекул генерируют излучение в области 350—570 нм с коэффициентом полезного действия, близким к коэффициенту полезного действия лазеров на растворах. Преимущество этого типа лазеров — малая расходимость излучения, которая не превышает 3—4 угловых минут. [c.295]

Таким образом, высокая направленность лазерного излучения является следствием возбуждения в нем мод с малыми поперечными индексами. Наименьшая угловая расходимость излучения, часто называемая дифракционной, имеет место при возбуждении в лазере только одной основной моды. [c.286]

Вследствие малых размеров резонатора и неоднородности р—/г-перехода угловая расходимость излучения полупроводникового лазера значительно больше, чем твердотельных и газовых лазеров, и достигает в горизонтальной плоскости 1—2°, а в вертикальной еще больше — 5—10°. Коэффициент полезного действия полупроводникового лазера на основе арсенида галлия 1—4%. Длина волны излучения полупроводниковых лазеров меняется в широких пределах в зависимости от состава полупроводника, перекрывая всю видимую часть спектра. Так, лазеры, в которых рабочим телом является сульфид цинка (ZnS), излучают в ультрафиолетовой части спектра (Я, = 0,33 мкм), селенид [ d (S + Se) ] — имеют зеленый цвет излучения X = 0,5-н0,69 мкм), арсенид— фосфид галлия [Qa(As + Р)] — красный (Я. = 0,75-нО,9 мкм) и т. д. [c.62]

Химический состав используемых жидкостей остается неизменным в течение 1—2 мес, после чего требуется обновление жидкостей. Это является одним из основных недостатков жидкостных лазеров. Кроме того, в жидкостях, особенно при больших мощностях, из-за термооптического эффекта могут образовываться термические линзы, приводящие к увеличению расходимости излучения. [c.64]

Схема установки для проведения подобных исследований приведена на рис. 132. Органический лазер 1 работает в спектральном интервале от 0,387 до 0,415 мкм и при настройке на определенную длину волны обеспечивает мощность в импульсе около 10 кВт при длительности 5 не. Спектральная ширина импульса составляет 0,025 нм при угле расходимости излучения около 3 мрад. Излучение, прошедшее через плазму, определяется по отношению показаний фотодиодов Jh и Это излучение [c.223]

Благодаря малой угловой расходимости и высокой интенсивности излучения лазер может быть с успехом использован в системах центрирования и выставления объектов, например при нивелировке направляющих крупногабаритных станков, выверке вертикальной оси при строительстве башен, контроле прямолинейности, плоскостности [7] и т. д. Наряду со значительным повышением точности существенно сокращается время выполнения указанных операций. [c.230]

На рис. 142 приведена оптическая схема одного из промышленных образцов лазерных интерферометров с четырехкратным прохождением светового пучка в измерительном плече. Излучение лазера 1 проходит через коллиматор 2, уменьшающий его угловую расходимость, и попадает на полупрозрачную пластину 7, [c.242]

Значительный интерес представляет совершенствование интерференционных измерителей с двухчастотным лазером [8, ИЗ], позволяющим снизить чувствительность лазерных интерферометров к изменению уровней сигналов с фотоприемников, связанную с нестабильностью мощности излучения лазера, дрейфом чувствительности фотоприемников, изменением сечения лазерного пучка в измерительном плече интерферометра из-за угловой расходимости лазерного излучения, поперечным смещением подвижного отражателя и т. д. При этом необходимо, чтобы излучения с различными частотами можно было разделить в пространстве. [c.247]

С неполной П. к. можно также связать естеств. утл. расходимость 0 , обусловленную спонтанным излучением лазера [c.153]

Неполная П. к. одномодового лазерного пучка (или естеств. угл. расходимость, или стохастич. блуждание), обусловленная принципиально не устранимыми флуктуациями — спонтанным излучением лазера, влияет, очевидно, на разрешающую способность и информативность систем оптич. записи и считывания информации. [c.153]

Профиль радиального распределения интенсивности излучения сохраняется по мере удаления от лазера только для гауссовых пучков. Поэтому определение расходимости излучения, как правило, связано с некоторой неопределенностью. Для определения угла расходимости пучков с произвольным распределением интенсивности целесообразно использовать распределение интенсивности в дальней зоне, где сформировалась дифракционная картина лазерного пучка. Это происходит на расстояниях x wq/X. Необходимо отметить, что значения х, удовлет- [c.66]

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]

Требования, предъявляемые к параметрам лазерного излучения различными технологическими процессами, весьма разнообразны, а порой и противоречивы. Так, например, в селективной технологии наиболее важными параметрами излучения являются интенсивность и монохроматичность лазерного пучка, а в термической технологии монохроматичность практически несущественна. В связи с этим выбор единого критерия оценки качества излучения лазера практически невозможен. Тем не менее на практике существует острая необходимость в наличии показателей, позволяющих сравнивать различные лазеры между собой или характеризующих пригодность конкретного лазера для тех или иных технологических операций. Способность лазерного излучения к фокусировке удобно описывать безразмерным коэффициентом расходимости йе, равным [c.73]

В заключение перечислим еще раз положительные и отрицательные свойства рубиновых лазеров. К первым необходимо отнести генерацию лазера в видимом диапазоне длин волн и возможность достаточно частого повторения импульсов. Среди недостатков нужно указать высокую энергию накачки, низкий КПД, ограничение энергии излучения на уровне нескольких Дж, плохая расходимость излучения, невозможность реализации ста- [c.176]

В гл. 1 [см. рис. 1.7 и выражение (1.13)] мы уже определяли яркость В в данной точке источника света для данного направления излучения. Следует заметить, что наиболее существенным параметром лазерного пучка (и, вообще говоря, любого источника света) является не мощность и не интенсивность, а яркость. Действительно, сравним, например, два лазера 1 и 2, имеющие одинаковые диаметры выходных пучков и мощности излучения, но в одном угол расходимости выходного пучка равен 01, а в другом —02, причем 02 > 0ь В соответствии с утверждением, сделанным по поводу рис. 7.5, б, можно видеть, что пучок лазера 1 дает более высокую интенсивность в фокусе линзы. Поскольку телесный угол излучения Q пропорционален квадрату угла расходимости, пучок лазера 1 имеет большую яркость, чем пучок лазера 2. Следовательно, интенсивность, которую можно получить в фокусе линзы, пропорциональна яркости пучка. Поскольку в большинстве практических применений интерес представляет интенсивность пучка, которую можно полу- [c.470]

В связи со всем этим дать готовые рецепты на все случаи жизни представляется невозможным. Поставим перед собой более скромную задачу разъяснить те соображения и обстоятельства, которые следует принимать во внимание при создании резонаторов для важнейшего класса лазеров с высоким к.п.д. и малой угловой расходимостью излучения. Если смысл стремления к высокому к.п.д. не требует разъяснений, то проблема угловой расходимости заслуживает некоторых дополнительных комментариев. [c.202]

Не меньший интерес представляют попытки расширить сферу применения самих удобных во многих отношениях устойчивых резонаторов и решить на их основе проблему расходимости излучения не только мало-, но и широкоапертурных лазеров. Конечно, эффективно использовать в устойчивом резонаторе большой объем среды и вместе с тем обойтись без мод высокого порядка нельзя, однако при умеренном уровне возбуждения бывает так, что в генерации преобладает одна такая мода. Тогда можно воспользоваться описанным в конце 1.3 способом уменьшения расходимости, заключающимся в компенсации фазовых скачков между отдельными пятнами распределения. [c.216]

Как правило, требования к угловым и энергетическим характеристикам излучения управляемых лазеров являются самыми стандартными. Кроме того, подавляющая часть управляющих элементов лучше справляется со своими функциями при малой расходимости излучения. Именно поэтому изложенные в 4.1 критерии выбора одного из основных типов резонаторов в значительной степени сохраняют свою силу. [c.225]

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]

Из формул (3.2) следует, что чувствительность к возмущениям у распределений полей устойчивых резонаторов из зеркал сравнительно небольшой кривизны быстро убывает, при прочих равных условиях, по мере увеличения последней. Действительно, при этом величина ar os fgig2 возрастает вместе с ней растут все разности собственных значений близких по классификации мод. Поэтому распределения полей устойчивых резонаторов, заметно отличающихся от плоских (и концентрических), сравнительно мало подвержены влиянию внутрирезонаторных аберраций. К этому добавим, что большая расходимость излучения лазеров с устойчивыми резонаторами значительного сечения обычно вызывается не влиянием аберраций, а возбуждением мед высокого порядка (см. следующий параграф). Наконец, если еще принять во внимание, что играющие, как правило, наибольшую роль волновые аберрации первого порядка (оптический клин) и второго ( линзовость среды) легко учитываются прямо на этапе составления матрицы резонатора, то в дальнейший анализ деформаций отдельных мод можно уже не вдаваться. [c.151]

Смысл указанного приема становится понятным, если принять во внимание, что угловая расходимость излучения лазера с плоским резонатором на неоднородной среде ограничена снизу значением JKlJL (см. 3.2, AL — вариация оптической длины резонатора на его рабочем сечении) и обычно ненамного его превышает. Заменяя зеркало плоского резонатора на один большой возвратный отражатель, мы уже уменьшаем AL (за счет симметризации) и тем самым снижаем расходимость, однако при больших апертурах и неоднородной среде последняя продолжает во много раз превышать дифракционный предел. [c.243]

Значения ftmax и ftmin В формуле (1.41) берутся с учетом знаков. В следующей главе будет показано, что при этом условии расходимость излучения лазера с плоскими зеркалами минимальна. Это условие выполняется, когда П2 = П2 =П4, Тп = = Го — При ЭТОМ для Г =1/д/2 величина Hmin = IP [c.61]

При весьма тщательной юстировке и принятии специальных мер по предотвращению каких бы то ни было оптических искажений резонатора обусловленная многомодовостью расходимость излучения лазеров с плоским резонатором может незначительно (в два-четыре раза) превосходить дифракционный предел даже при больших числах Френеля (Л ф > 100) [5] (рис. 2.1). [c.66]

Плоский резонатор. Моды плоского резонатора, описываемые суперпозицией синусоид, занимают больший объем, не ограничиваются каустиками, имеют более высокие дифракционные потери, а их расходимость существенно меньше, чем в устойчивых резонаторах. Действительно, при весьма тщательной юстировке резонатора и устранении оптических искажений угловая расходимость излучения лазеров с плоским резонатором может незначительно отличаться от дифракционного предела при больишх числах Френеля (Л/ф 100) [51. [c.140]

Упражнение 2. Наблюдение структуры мод и измерение их угловой расходимости. Диаметр диафрагмы 9 уменьшите так, чтобы осуществить выделение одной основной моды. С помощью линейки на экране 8 измерьте размер пятна и определите угловую расходимость излучения. Далее при широко раскрытой диафрагме произведите измерение угловой расходимости в режиме генерации многих поперечных мод. Затем выделите отдельные высшие поперечные моды. Этого можно достичь путем небольшой разъю-стировки зеркал резонатора, поскольку чувствительность разных поперечных мод к разъюстировке зеркал различна. Другой способ заключается в использовании тонких металлических проволочек, которые вносятся в луч лазера внутри резонатора. Зарисуйте структуру поля и измерьте угловую расходимость наблюдающихся поперечных мод высших порядков. [c.307]

В твердотельных лазерах в качестве активной среды используются твердые тела рубин, специальное стекло, алюмоиттриевый гранат, вольфрамат кальция и др. Всего к настоящему времени разработано и испытано несколько десятков различных твердых сред, пригодных для создания твердотельных лазеров. Однако для целей упрочнения могут использоваться лишь те из них, которые обеспечивают генерацию лазерного излучения с определенными энергетическими и пространственно-временными характеристиками. В зависимости от вида используемой активной среды твердотельные лазеры могут работать в импульсном или в непрерывном режиме генерации излучения. При работе в импульсном режиме для реализации процессов упрочнения важны следующие параметры лазерного излучения энергия в импульсе, длительность импульса, расходимость излучения, диаметр луча, частота следования импульсов. При реализации процесса шокового лазерного упрочнения важной характеристикой также является импульсная мощность излучения. [c.34]

Один из первых лазеров с поперечной прокачкой, который был применен для выполнения технологических операций, в частности, для упрочнения, разработан фирмой GTE Sylvania [79]. Выходная мощность установки модели 971 в непрерывном режиме при стабильности во времени 5% достигает 1,5 кВт. Расходимость излучения не превышает 1,3 мрад, На рис. 27 приведен общий вид установки. Важным достоинством установки являются ее сравнительно небольшие габаритные размеры (4000 X 2500 мм). [c.49]

Управление параметрами лазерного излучения представляет собой процесс, обеспечивающий изменение одного или нескольких параметров, характеризующих луч. К ним относятся мощность излучения для лазеров, работающих в непрерывном режиме, энергия излучения и длительность импульса, определяющие мощность излучения лазеров в импульсном режиме, плотность лучистого потока, угловая расходимость и распределение интенсивности по поперечному сечению пучка, частота или длина волны излучения, поляризация. В ряде случаев необходимо учитывать модо-вый состав излучения и степень когерентности. [c.69]

Квантовые генераторы дают эл.-магн. излучение, уникальное по своим свойствам. Излучение лазера когерентно и может достигать в узком спектральном интервале огромной мощности — до 10Вт/см , причём расходимость светового пучка очень мала. Напряжённость электрич. поля излучения лазера может превышать напряжённость внутриатомного поля. [c.320]

Наиболее распространенным источником малых волновых аберраций первого порядка (оптический клин) является непараллельность зеркал. В этом случае F(x) — 1 = 2ikex, где е — угол между зеркалами. Поскольку F — I является антисимметричной функцией х, не равны нулю только Р 1 с четными т — /1. Несложный анализ показывает, что с увеличением угла разъюстировки е центр тяжести распределения поля монотонно смещается в сторону более удаленных друг от друга краев зеркал (противоположный вывод в [80] основан на неточности в рассуждениях). В частности, выражение для собственной функции низшей моды имеет вид и о Uq + A ea X)Nui ([57] рис. 3.6а). В соответствии с этим выражением основная мода оказывается заметно деформированной уже пр и крайне малых углах разъюстировки. Когда е достигает значения Х/(4аЛ ) (что соответствует разности оптических длин на противоположных краях резонатора X/27V), угловая расходимость излучения основной моды примерно удваивается [120] одновременно сама теория возмущений перестает быть применимой для описания этой моды. Такая чувствительность к ничтожным аберрациям приводит к тому, что наблюдать мало искаженную низшую моду плоского резонатора с большим N в опытах с лазерами не удается практически никогда. [c.153]

Поперечные поправки к частоте невелики при гекеращ1и на небольшом числе низших мод плоских или близких к ним резонаторов, т.е. при умеренной расходимости излучения (см. 1.2, 2.1 о взаимосвязи между поперечной структурой и фазовой скоростью). Поэтому можно ожидать, что спектры излучения лазеров с небольшой расходимостью, работающих на средах с однородным уширением в квазистапионарном режиме, должны удовлетворительно описываться изложенной выи е теорией даже в присутствии разных поперечных мод. Автором и Б.М, Седовым бьшо в свое время показано [64]. что это действительно так. [c.182]

Максимальный к.п.д. большинства широкоапертурных импульсных лазеров достигается при потерях, составляющих десятки процентов. Тогда целесообразен дифракционный вьюод излучения, при котором потери однозначно связаны с коэффициентом увеличения М. Значение к.п.д. в районе своего максимума зависит от М слабо, и варьирование Мв известных пределах не связано с существенным снижением выходной мощности. Этим можно воспользоваться, чтобы при выборе Д как и в случае непре-рьшных лазеров, учесть еще соображения, связанные с расходимостью излучения. [c.209]

После проведения этих экспериментов тезис о том, что неустойчивые резонаторы с большими Л экв идеальных условиях обеспечивают генерацию на основной моде с дифракционным углом расходимости излучения, можно было считать доказанным. Надлежало еще проверить, оказьюаются ли угловые характеристики предельно возможными для данных условий и тогда, когда эти условия не столь хороши (имеется неоднородность среды и Т.П.). С этой целью в [48] были экспериментально сопоставлены свойства обычного лазера с телескопическим резонатором и многокаскадной системы на аналогичных активных элементах. Подобные системы состоят из маломощного задающего генератора и каскадов усиления с телескопами между ними (для расширения сечения пучка с одновременным уменьшением расходимости см., например, [174], а также [16], 2.6) их построение на протяжении ряда лет считалось единственно возможным способом решения проблемы расходимости излучения мощных лазеров. [c.213]

Некоторого повышения степени направленности и снижения чувствительности к разъюстировкам можно добиться также путем применения выходного зеркала, коэффициент отражения которого плавно уменьшается от центра к периферии. Однако проблему расходимости излучения при интенсивной накачке это отнюдь не решает, и мы упомянули о генераторах с переменным по сечению отражением главным образом потому, что они являются ярким примером систем, у которых модовая структура сильно зависит от условий возбуждения. При равномерном распределении накачки и малом превышении порога конфигурация полей отдельных мод близка к конфигурации, предсказьшаемой теорией соответствующих пустых резонаторов 84]. Если превышение порога велико, то в результате конкуренции поперечных мод распределение коэффициента усиления по сечению приближается к распределению потерь, и структура отдельных мод становится сходной со структурой в лазерах с обычными зеркалами. [c.221]

Перейдем теперь к рассмотрению широкоапертурных управляемых лазеров с неустойчивыми резонаторами (единственной альтернативой которых являются громоздкие многокаскадные схемы). С точки зрения угловой расходимости излучения здесь все обстоит так же, как и у обычных лазеров уже первый моноимпульсный генератор с неустойчивым резонатором [63] при выходной энергии 20 Дж имел расходимость по уровню 0,5 интенсивности 2-10 рад. Благодаря быстрому установлению колебаний ( 3.3, 4.1) длительность моноимпульса заметно сокращается по сравнению со случаем плоских резонаторов. Наконец, именно при больших сечениях активных элементов приобретает особую ценность то свойство неустойчивых резонаторов, что в них могут использоваться управляющие элементы умеренного сечения, перекрывающие только выходное зеркало чтобы не мешала оправа, их следует, очевидно, размещать в схеме типа рис. 4.2 б между правым и выводным зеркалами. Это выгодно также [c.227]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...