Прозрачность атмосферы для лазерного излучения

Прозрачность атмосферы для лазерного излучения [c.33]

Лазерная сварка вследствие высоких значений плотности тепловой мощности в облучаемой зоне характеризуется высокой локальностью нагрева. Она позволяет сваривать металлы с различными теплофизическими характеристиками, в труднодоступных местах, поскольку это бесконтактный способ сварки, а также в любой прозрачной для данного излучения атмосфере или среде. В настоящее время для данной сварки применяются импульсные твердотельные лазеры и газовые лазеры непрерывного действия. [c.429]

При величине полуширин линий поглощения атмосферных газов в нижних слоях атмосферы порядка 10 . .. 10 см для получения неискаженных спектров поглощения требуется иметь спектральную аппаратуру с разрешением по крайней мере на порядок выше, т. е. на уровне 10 см Обеспечение количественного прогноза энергетических потерь лазерного излучения на протяженных трассах в атмосфере возможно при определении абсолютных значений коэффициентов молекулярного поглощения с точностью не хуже нескольких процентов [14]. Классические методы не удовлетворяют этим требованиям. Так метод регистрации солнечного спектра [15], широко применяемый в атмосферной оптике для оценки спектральной прозрачности позволяет получать информацию о положении центров линий поглощения с невысоким (АХД Ю ) спектральным разрешением. Регистрируемая величина — спектральное пропускание всей толщи земной и солнечной атмосфер — зависит от зенитного угла солнца, распределения поглощающих газов в атмосфере, присутствия аэрозоля и т.д. Точное определение коэффициента поглощения, получение количественной информации о ширине и форме контуров спектральных линий этим методом крайне затруднительно. [c.110]

Выражение для спектральной прозрачности атмосферы справедливо для идеального случая, когда ширина линии излучения источника Дve полагается равной 0. Спектр излучения реальных лазерных источников, естественно, имеет конечную ширину Дve= 0. Если в пределах спектрального интервала Ave коэффициент ослабления нельзя считать постоянным, то при лазерном зондировании регистрируется уже не спектральная прозрачность атмосферы, а функция пропускания, искаженная действием аппаратурной функции источника /(V—Уе), которая характеризует форму контура линии излучения с центром Ve. Наиболее сильное проявление этого факта имеет место, когда измеряется пропускание атмосферного канала в районе селективных линий поглощения атмосферных газов, спектральные ширины которых могут быть сравнимы или уже линии лазерного излучения. При этом реги- [c.34]

В работе [173] проблема безопасности зрения рассматривалась в связи с проектом установки на борту космического корабля многоразового использования Шаттл лидара для измерения концентрации радикалов гидроксила в верхней атмосфере. Может показаться, что никакой потенциальной опасности для глаз в этом случае не может быть, поскольку, как предполагается, для проведения таких измерений потребуются лазерные импульсы с энергией 1 Дж на длине волны 282 или 308 нм при этом лазерный пучок будет направлен в сторону поверхности Земли с корабля, находящегося на орбите. К сожалению, хотя озонный слой в стратосфере полностью ослабляет излучение с длиной волны 282 нм, некоторая доля лазерного излучения на длине волны 308 нм все же будет достигать поверхности. И, хотя излучение на этой длине волны сильно поглощается стеклами окон, очков и большинством пластиков, прозрачных в видимом диапазоне спектра, для незащищенных глаз это излучение может представлять опасность. [c.230]

Лазерные высотомеры непрерывного излучения могут давать более высокую точность измерения, чем радиовысотомеры. Однако их работа существенно зависит от состояния атмосферы, ее прозрачности для лазерного луча. [c.81]

Для выбора подходящего приемника излучения и лазера с учетом спектральной прозрачности атмосферы можно воспользоваться рис. 5.4. На нем приведены кривые спектральной чувствительности ряда приемников и точками показано излучение ряда лазеров Здесь же дана кривая спектральной прозрачности атмосферы. Хорошо видно, что излучение некоторых лазеров приходится на окна прозрачности атмосферы. Кривые спектральной чувствительности приемников, перекрывающие этот участок, позволяют правильно выбрать один из них, исходя из максимальной чувствительности приемника излучения. Этот метод широко используется при выборе элементов и расчете лазерного прибора в целом. [c.115]

Выбор длины волны излучения лазера связан с рядом условий, на которых необходимо остановиться более подробно. Из анализа кривых рис. 11.1 можно установить, что максимальная информационная емкость приходится на длины волн 25—30 мкм. Но при таких длинах волн коэффициент пропускания лазерного излучения атмосферой очень мал. Следовательно, для создания оптимальной системы связи с использованием лазеров необходимо выбрать длину волны излучения, на которой коэффициент пропускания атмосферы был бы максимален. Такие окна , т. е. длины волн, которые хорошо проходят через атмосферу, известны. Наилучшее окно прозрачности атмосферы — диапазон между 8 и 13 мкм, где коэффициент пропускания излучения атмосферой т = 0,9 хорошими— примерно 0,6 0,95—1, 0,5 1,5—1,8 2,1—2,7 3,5—4,2 мкм. [c.210]

В связи с использованием лазеров развиваются исследования особенностей распространения лазерного луча в атмосфере. Из-за высокой монохроматичности лазерного излучения даже в окнах прозрачности атмосферы лазерный луч может сильно ослабляться. В тонкой структуре спектра поглощения атмосферы в этих окнах имеются относительно узкие, но сильные полосы поглощения. Количественные оценки П. э. а. для лазерного излучения требуют знания (с весьма высокой точностью) положения, интенсивности и формы лвний тонкой структуры спектров атм. газов. Большая мощность излучения лазеров ( 10 Вт/см ) может вызывать разл. рода нелинейные эффекты (многофотонные эффекты, приводящие к пробою в газах спектро-скопич. эффекты насыщения, вызывающие частичное просветление газов эффекты самофокусировки оптич. пучков, вызываемых зависимостью коэф. преломления среды от мощности потока излучения, и др.). При малой длительности оптич. импульсов ( 10 с) могут возникать явления, приводящие к отклонению ослабления излучения от закона Бугера. [c.137]

Если когерентный световой сигнал усиливать лазерным усилителем, то к нему добавляются шумы спонтанного излучения. Пользуясь описанной выше системой с дифракционным ограничением пучка, согласованием мод и пространственной фильтрацией, можно уменьшить дополнительный шум спонтанного излучения до значений, близких к теоретическому минимуму. Вопрос заключается в следующем можно ли получить выигрыш в чувствительности системы, т. е. в минимальном обнаруживаемом сигнале Как увидим ниже, ответ зависит от спектральных характеристик приемника. Если провести поверхностный анализ ОСШ для систем, основанных на использовании лазерных усилителей с небольшим усилением, работающих в видимой области спектра, для которой имеются фотоэлектронные приемники с хорошими характеристиками, то можно легко сделать вывод, что лазерный усилитель ухудшает характеристики большинства систем связи [19, 49], особенно если лазерный предусилитель сравнить с оптическими гетеродинными или гомодинными системами. Но более тщательный теоретический анализ (слишком подробный, чтобы воспроизводить его в данной книге) [50] показывает, что в зависимости от уровня инверсии лазерного усилителя и спектрального квантового выхода приемника при использовании лазерного предусилителя может снизиться минимальный обнаружимый уровень сигнала. Результаты измерений, проведенных на длине волны 3,508 мк (одно из лучших окон прозрачности атмосферы) с лазерным предусилителем на Хе, имеющем большое усиление [51, 52], показали, что вследствие сужения полосы усиления получен выигрыш в минимальном обнаружимом сигнале на 16 дб. Поскольку независимые измерения инверсии [c.482]

СО2-лазеры. Этот лазер занимает особое место среди всего многообразия существующих лазеров. Он отличается прежде всего высоким КПД, большой энергией и мощностью излучения. В непрерывном режиме получены мощности в несколько десятков-сотен киловатт импульсная мощность достигает уровня в несколько гигаватт энергия в импульсе измеряется в килоджоулях. Частота следования в импульсно-периодическом режиме может составить несколько килогерц. Длины волн излучения СО2-лазера находятся в диапазоне 9—И мкм (средний ИК-Диапазон) и попадают в окно прозрачности атмосферы. Поэтому излучение СОд-лазера удобно для интенсивного воздействия на вещество (например, в технологических целях резка металлов и диэлектриков, сварка и закалка металлов и т. п.). Кроме того, в диапазон длин волн излучения СОг-лазера попадают резонансные частоты поглощения многих молекул, что делает возможным интенсивное резонансное воздействие лазерного излучения на вещество. Все перечисленные достоинства СОд-лазеров делают их наиболее привлекательными во многих прикладных задачах. Рассмотрим основные принципы его работы и остановимся на особенностях схем и конструктивных решений этих лазеров. [c.45]

Высокая монохроматичность излучения лазерных источников, используемая в устройствах для исследования атмосферы, в сочетании с ярко выраженной селективностью спектра поглощения атмосферы в оптическом диапазоне и большим динамическим диапазоном вариации значений коэффициентов поглощения от см (в центре наиболее сильных полос) до 10" см (в слабых линиях, заполняющих окна и микроокна прозрачности) требуют для решения практических задач оптики атмосферы качественно новой исходной спектроскопической информации. [c.110]

В этой главе собраны основные оригинальные результаты экспериментальных исследований по линейной и нелинейной спектроскопии атмосферы, выполненных в течение последнего десятилетия в Институте оптики атмосферы СО АН СССР с использованием обсуждавшихся выше методов и аппаратурных комплексов абсорбционной лазерной спектроскопии. Наибольшее внимание уделялось -видимому и фотографическому инфракрасному диапазону спектра, где работают многие типы лидаров для исследования характеристик и состава атмосферы, и области 8... 12 мкм — окну прозрачности, используемому для атмосферного газоанализа и работы устройств, источником излучения в которых являются С02-лазеры. Главными объектами исследования являлись молекулы НзО, СО2, СН4, N20 и их изотопные модификации, т. е. молекулярные составляющие воздуха, играющие значительную роль в ослаблении оптического излучения, распространяющегося в атмосфере. Условия, в которых была выполнена значительная часть экспериментов, типичны для условий тропосферы. [c.161]

Описанная версия системы получит дальнейшее развитие в следующих трех направлениях. Первое из них связано с расширением и уточнением архива линий поглощения атмосферных газов и созданием архива линий поглощения примесных газов. В связи с этим начата работа по созданию автоматизированной системы поиска микроокон прозрачности и информативных спектральных участков для лазерного газоанализа. Второе направление имеет отношение к подготовке и расширению архива метеорологических моделей и включению в него наряду со средними профилями метеорологических параметров также и их ковариационных матриц, что даст возможность строить статистически обеспеченные модели поглощения. Третье направление включает в себя расширение архива моделей атмосферного аэрозоля с целью увеличения диапазона изменения входных данных при расчете энергетических потерь оптического излучения в атмосфере. [c.227]

В открытой литературе обычно обсуждается длина волны около 1 нм (10 A), чему соответствует энергия лазерного излз ения в 1,25 кэВ. Такое излучение в сильной степени поглощается атмосферой, и достаточная прозрачность обеспечивается только на больших высотах. Так, например, при расстоянии R = 1000 км оптическая толщина атмосферы к рассматриваемому излучению составляет 0,32 пробега при высоте Я = 150 км и 0,065 пробега при высоте Я =200 км в то же время на высоте //= 100 км расстоянию в i = 1000 км соответствует для рассматриваемых квантов 9,8 пробега. [c.154]

В гетеродинных системах лазерной связи и в гетеродинных интерферометрах (см. Интерферометр ишпеи-сивности), при.меняющихся для астр, наблюдений, обычно используют ИК-излучение с длиной волны 10 мкм. В этом диапазоне по сравнению с видимым уменьшаются искажения, вносимые турбулевипой атмосферой, облегчается выполнение условий пространственного согласования волн, и в этой области в атмосфере имеется окно прозрачности. Абс. разрешение в данном случае составляет 0,2 Гц. [c.588]

Однако более важными являются нетепловые применения лазера на углекислом газе. Среди этих возможных применений — оптическая связь как на Земле, так и в космосе. В этом случае для передачи через земную атмосферу наиболее привлекательны оптические окна , прозрачные для волн с длиной от 9 до 14 микрон. Высокая мощность и эффективность лазеров на углекислом газе с длиной волны 10,6 микрон делает их идеальными кандидатами для таких целей. Лазер на углекислом газе является идеальным для оптических радарных систем снова из-за малых потерь в атмосфере. Другая возможность — использование лазера на углекислом газе для исследования оптических взаимодействий с веществом на длине волны 10,6 микрона, так как многие полупроводники, непрозрачные для видимой части спектра, прозрачны для этой длины волны. Еще одно применение мощного лазера на углекислом газе — использование 10,6-микронного излучения в качестве насоса для изучения нелинейных свойств новых материалов, которые могли бы служить для создания действительно непрерывно настраиваемых источников инфракрасного излучения. В связи с этим мои коллеги и я провели ряд интересных экспериментов, которые включают в себя генерацию вторых гармоник, параметрическое усиление излучения в далекой инфракрасной области, двухфотонпое получение пары электрон — дырка в полупроводниках, изучение нелинейностей в полупроводниках, возникающих благодаря электронам проводимости, и рамановского рассеяния в полупроводниках на электронах с уровня Ландау. Некоторые из этих механизмов оказались достаточно сильны для того, чтобы позволить нам создать настраиваемый лазерный вибратор в инфракрасной части спектра. Такой настраиваемый лазер, накачиваемый лазером на углекислом газе с фиксированной частотой, может использоваться как вибратор в системе оптической связи или в радаре. Более того, такие инфракрасные настраиваемые источники полностью революционизируют инфракрасную спектроскопию. Описание этих экспериментов может быть предметом особой статьи. В заключение достаточно сказать, что лазеры на углекислом газе уже открыли дорогу физическим исследованиям, о которых нельзя было раньше и мечтать, и обещают в будущем много плодотворных экспериментов. [c.73]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...