Свойства лазерных пучков

Однако даже ограниченный объем информации, приведенный в пособии, отчетливо показывает широкие возможности современной лазерной техники. Созданные на сегодня лазеры позволяют получать импульсные и непрерывные потоки в ультрафиолетовом, видимом и ИК-Диа-пазоне спектра, отличающиеся высокой мощностью, интенсивностью, монохроматичностью. Эти уникальные свойства лазерных пучков открывают широкие возможности использования их в самых различных сферах человеческой деятельности, в том числе и в технологии. [c.185]

Свойства лазерных пучков [c.18]

В гл. 1 мы установили, что основными свойствами лазерных пучков являются а) монохроматичность, б) когерентность (пространственная и временная), в) направленность и г) яркость. Материал, изложенный в предыдущих главах, позволит нам изучить теперь эти свойства более подробно и сравнить их со свойствами обычных источников света (тепловых источников). [c.442]

Прежде чем перейти к рассмотрению свойств лазерных пучков, полезно сначала дать краткое описание очень удобного комплексного представления полихроматических полей (развитое Габором [2]). Для простоты рассмотрим линейно-поляризованную электромагнитную волну. Такую волну можно описать одной вещественной скалярной величиной t) (например, [c.443]

Ясно, что газовый лазер представляет собой источник сильно вырожденного излучения. Влияние столь большого вырождения проявляется в том, что с точки зрения флуктуационных свойств лазерный пучок фотонов ведет себя аналогично волнам, а не частицам. Эффект группировки фотонов приводит к явлениям взаимодействия волн, которые можно понять, если считать, что излучение состоит из волн с разными частотами, взаимодействующих друг с другом. Биения приводят к взаимодействию волн, или избыточному фотонному шуму в лазерных пучках. [c.466]

Свойства лазерного пучка испытывают сложные преобразования в процессе нелинейного взаимодействия со средой и, таким образом, условия возникновения нелинейных эффектов изменяются. Происходит взаимовлияние излучения и среды друг на друга. Исследование процесса нелинейного преобразования лазерного излучения в условиях атмосферы, сложной динамической среды, составляет главное содержание нелинейной оптики атмосферы. [c.8]

Оптические свойства лазерных пучков [c.191]

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]

Воздействие высокоэнергетического когерентного излучения на материалы как технологический метод характеризуется широкими потенциальными возможностями обработки металлов и сплавов. Особенностями метода лазерной обработки являются локальность и высокая концентрация подводимой энергии. Используемый диапазон плотностей мощности лазерного пучка находится в пределах Wp = 10 -10 Вт/см . Разработаны перспективные технологии обработки поверхности материалов, позволяющие осуществлять плавление, термо-упрочнение и легирование приповерхностных слоев конструкционных и инструментальных материалов. Варьируя технологическими параметрами, можно обеспечить изменение скоростей нагрева и охлаждения, размеров зон обработки, формировать структуру материалов и получать модифицированные слои с требуемыми свойствами. [c.255]

Так как интенсивность и когерентность в поперечном сечении лазерного пучка непостоянны, при смещении изделия изменяются характеристики облучающего поля, что влияет на дифракционное распределение и результат измерения. Уменьшить это влияние можно соответствующим формированием луча н выбором режима работы лазера, в результате чего неоднородность свойств в поперечном сечении луча минимальна. [c.267]

Одним из существенных недостатков, присущих измерениям геометрических параметров в области прозрачности волокна, является влияние гораздо большего числа факторов на результат измерения, чем при измерении размеров непрозрачного объекта. Если в первом случае на результат измерения влияют свойства материала волокна, его форма, ориентация нецилиндрического волокна относительно лазерного пучка, то во втором — лишь проекция размера на направление, перпендикулярное лазерному пучку. Поэтому целесообразно по возможности сводить измерения прозрачных объектов к измерениям непрозрачных при использовании описанных выше методов измерения. Рассмотренные способы и приборы для измерения геометрических параметров проводов и волокон позволяют также измерять значения показателя преломления материала волокна, если известен его диаметр. [c.277]

Появление стабилизированных одночастотных лазеров, в особенности лазеров с плавной перестраиваемой частотой, каковыми являются жидкостные лазеры, значительно расширит области практических применений оптических методов в системах неразрушающего контроля, метрологии, системах измерения и контроля размеров и линейных перемещений. Лазерный пучок станет более удобным инструментом для определения физико-химических свойств материалов, использования в качестве визира, измерения длины, скорости и т. д. При этом приборы на основе лазеров будут обладать исключительно высокой точностью и воспроизводимостью при локальных измерениях. Оптические доплеровские методы дадут возможность измерять скорости потоков различных жидкостей и газов. [c.322]

Очень важное и часто используемое на практике свойство поляризованных пучков проявляется при отражении электромагнитных волн от границы раздела двух сред с разными показателями преломления. На рис. 2.3, а рассмотрен часто встречающийся в лазерной технике случай прохождения границы между газовой и твердой [c.60]

В заключение этого раздела подчеркнем, что понятия пространственной и временной когерентности дают описание лазерной когерентности только в первом порядке. Свойства когерентности высших порядков будут рассмотрены в гл. 7. Для полного понимания различия между обычным источником света и лазером подобное рассмотрение очень существенно. Будет показано, что действительно вследствие различия между соответствующими свойствами когерентности высших порядков лазерный пучок коренным образом отличается от традиционных источников света. [c.20]

Это свойство является простым следствием того, что активная среда помещена в резонатор, например плоскопараллельный резонатор, показанный на рис. 1.3. В таком резонаторе могут поддерживаться только такие электромагнитные волны, которые распространяются вдоль оси резонатора или в очень близком к оси направлении. Для более глубокого понимания свойств направленности лазерных пучков (или в общем случае любой электромагнитной волны) удобно рассмотреть отдельно случаи, когда пучок обладает полной пространственной [c.20]

Порядок изложения материала в данной книге соответствует рассмотрению лазера (на что мы указывали выше в этой главе) как устройства, состоящего из следующих трех основных элементов 1) активной среды, 2) системы накачки и 3) подходящего резонатора. Поэтому следующие три главы посвящены соответственно взаимодействию излучения с веществом, процессам накачки и теории пассивных оптических резонаторов. Общие представления, данные в этих главах, используются затем в гл. 5 при рассмотрении теории непрерывного и переходного режимов работы лазеров. Теория развивается в рамках приближения низшего порядка, т. е. на основе скоростных уравнений. Такое рассмотрение действительно позволяет описать большинство характеристик лазера. Очевидно, лазеры, в которых применяются разные активные среды, существенно различаются по своим характеристикам. Поэтому естественно, что следующая глава (гл. 6) посвящена обсуждению характерных свойств отдельных типов лазеров. К этому моменту читатель уже будет достаточно подготовлен к тому, чтобы понять принцип действия лазера и перейти к изучению характерных свойств выходного лазерного пучка (когерентности, монохроматичности, направленности, яркости, шумовых характеристик). Эти свойства мы [c.23]

В заключение вычислим оптимальную связь на выходе лазера при Явх = 140 кВт, т. е. когда мощность накачки лазера в х = 2,8 раза превышает пороговое значение на рис. 5.18. Поскольку х ин = = 44,6, из (5.46) получаем ( 2) опт = 0,23, что соответствует (Т2)опт = 20%. Отсюда следует, что резонатор чрезмерно открыт. Это, возможно, сделано преднамеренно, поскольку, хотя это и приводит к небольшому (- 10 %) уменьшению выходной мощности лазерного пучка, зато улучшает его фокусирующие свойства. Действительно, увеличение Т2 достигается за счет увеличения числа М и, следовательно, ширины кольца выходного пучка [ (М—1)02 см. рис. 4.41]. Это приводит к улучшению свойств пучка при фокусировке. [c.272]

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

Прежде чем продолжить обсуждение, следует подчеркнуть, что когда мощность накачки превышает пороговую даже на весьма скромную величину, число фотонов qo в резонаторе обычно уже очень велико. В качестве примера рассмотрим числовые значения, соответствующие одномодовому непрерывному Nd YAG-лазеру (см. также разд. 5.3.6) Ле = 0,5 мм , y = 0,12, а = 3,5-10 м и т = 0,23 мс. Если положить L = 50 см, то получим Тс л 14 НС и из (5.32) имеем qo Ю [(Рр/Рпор) — 1]. Таким образом, даже если мы выберем Яр/Япор = 1,1, то будем иметь около 10 ° фотонов в резонаторе. Это означает, что в уравнении (5.1г) сразу за порогом член УаВ (q-j-1)JV2, описывающий как вынужденное, так и спонтанное излучение, вне всякого сомнения можно аппроксимировать выражением VaBqNi, что мы и делаем в настоящем рассмотрении. Это также означает, что число фотонов в установившемся режиме q весьма нечувствительно к выбранному нами конкретному значению числа начальных фотонов в резонаторе qt в момент времени / = О, которые необходимы для возникновения генерации. Как мы увидим в разд. 5.3.7, эта нечувствительность оказывает сильное влияние на выходные свойства лазерного пучка. [c.248]

В задачах, связанных с лазерными резонаторами, существует обстоятельство, позволяющее сильно упростить исследование задачи. Это обстоятельство — параксиальность лазерного получения. Как известно из эксперимента, лазерное излучение всегда сосредоточено вблизи оси пучка излучения и мало расходится при распространении вдоль этой оси это свойство лазерного пучка и определяют словом параксиальность . В теоретических исследованиях оно находит свое выражение в так называемом параксиальном приближении. Это приближение позволяет перейти от уравнения Гельмгольца (1.154) к параболическому уравнению, точным решением которого и является гауссов пучок (1.88). [c.88]

На рис. 144 приведена оптическая схема одного из наиболее совершенных лазерных измерителей фирмы Перкин—Элмер (США) модели 5900R [8, 211, 79]. Процесс формирования измерительной информации в этом интерферометре осуществляется следующим образом. Излучение лазера 1 (линейно-поляризо-ванное) проходит через четвертьволновую пластинку 3, расположенную между входной линзой 2 и коллимирующим объективом 4, образующими коллиматор. В результате излучение лазера представляет собой малорасходящийся пучок диаметром 10 мм с круговой поляризацией. Расщепитель луча 5 делит лазерный пучок на опорный и измерительный. При отражении опорного пучка от металлической светоделительной поверхности направление вращения плоскости поляризации в нем изменяется на обратное. Измерительный пучок без изменения поляризационных свойств направляется к уголковому отражателю 6, в котором претерпевает тройное отражение и изменяет направление вращения плоскости поляризации на обратное. В итоге измерительный [c.244]

Рвенроетранение еветовых воля в случайно неоднородных средах. Это направление С. о. обычно выделяют в самостоят. раздел. Пространственная и временная когерентность лазерных пучков при распространении в случайно неоднородных и турбулентных средах ухудшается. Прошедшие через такие среды лазерные пучки содержат информацию о свойствах самой неоднородной среды. В связи с этим лазерное излучение широко применяется для зондирования турбулентных и рассеивающих сред. Разработаны спец, методы описания распространения лазерных пучков в таких средах. Изучение влияния турбулентной атмосферы на распространение световых пучков весьма важно также для оптической связи и оптической локации. [c.665]

Говоря о проблеме перестройки частоты технологических лазеров для селективной технологии, необходимо остановиться на еще одной, уникальной по своим свойствам лазерной системе — лазере на свободных электронах. В этих лазерах когерентное излучение возникает при прохождении пучка быстрых электронов через онду-лятор — систему с постоянным во времени и периодически изменяющимся в пространстве магнитным полем. В отличие от всех остальных лазеров, являющихся принципиально квантовыми системами, лазер на свободных электронах допускает классическое рассмотрение и, как следствие, принципиальную возможность непрерывности спектра возможных частот генерации. Длина волны излучения лазера на свободных электронах определяется характерным размером, на котором происходит изменение магнитного поля ондулятора Л( соЛ), и энергией электронов U k со U ) и при параметрах существующих сегодня электронных ускорителей соответствует ИК- и видимому диапазону спектра. Это обстоятельство, а также принципиальная возможность получения мощных электронных пучков делают лазер на сво дных электронах весьма привлекательным инструментом для проведения технологических процессов, требующих одновременно селективности и высокой интенсивности излучения. [c.184]

Чтобы закончить эти вводные замечания, следует упомянуть о специальном виде оптической накачки, когда лазерный луч используется для накачки другого лазера лазерная накачка). Свойства направленности лазерного пучка делают его очень удобным для накачки другого лазера, причем здесь не требуется специальных осветителей, как в случае (некогерентной) оптической накачки. Такая накачка является довольно простой, и в дальнейшем мы ее не будем рассматривать. Хотелось бы лишь здесь отметить, что благодаря монохроматичности излучения лазера накачки ее применение не ограничивается лишь твердотельными и жидкостными лазерами (как в случае некогерентной оптической накачки), но ее можно также использовать для накачки газовых лазеров. В данном случае линия, излучаемая накачивающим лазером, должна, разумеется, совпадать с линией поглощения накачиваемого лазера. Это применяется, например, для накачки большинства газовых лазеров дальнего ИК-Диапазона (скажем, таких лазеров, в которых используются метиловый спирт СНзОН в виде паров) с помощью излучения соответствующей длины волны СОглазера. [c.109]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...