Распространение и отражение лазерного излучения

Распространение и отражение лазерного излучения [c.51]

Таким образом, результаты построения асимптотических решений уравнений для <02> и <04> позволяют провести анализ влияния турбулентности атмосферы на отраженное лазерное излучение в характерных по условиям распространения случаях слабых (Р < 1) и сильных ( 32 >1) флуктуаций интенсивности. [c.38]

Кроме того, в оптическую схему локатора между усилителем и главным телескопом был введен коммутатор, позволивший использовать оптико-механический тракт телескопа как для приема, так и для вывода излучения. Коммутатор представляет собой вращающийся диск с отверстиями, который четвертую часть рабочего времени пропускает на телескоп излучения передатчика, блокируя прохождение отраженного от цели излучения в тракт фотодетектора, а остальное время перекрывает излучение передатчика, направляя отраженное от цели излучение в тракт фотодетектора. Промежуток времени, в течение которого происходит коммутация, должен быть меньше времени распространения излучения до цели и обратно. В свою очередь, для избежания потерь лазерной энергии необходимо, чтобы тракт передатчика был открыт в течение всего лазерного импульса. Длительность лазерного импульса составляла 1. .. 4 мс, что обеспечивало выполнение обоих условий на дальности более 150... 600 км. [c.235]

Совместное действие резонатора и активной среды является решающим фактором, обеспечивающим такие типичные свойства лазерного излучения, как монохроматичность, узкая направленность и высокая спектральная плотность энергии. Направленность излучения достигается благодаря тому, что большое усиление имеет место лишь для волн, направление распространения которых достаточно мало отклоняется от оси резонатора. Волны, не удовлетворяющие этому условию, после многих отражений на зеркалах покидают лазерный резонатор и больше не участвуют в процессе усиления. [c.50]

Он представляет собой в простейшем случае два зеркала М и М расположенных по обе стороны активной среды А и обладающих высоким коэффициентом отражения (рис. 3.3). Ось резонатора 00 определяет направление распространения лазерного излучения. Возникший в активной среде каскад фотонов внутри резонатора многократно проходит через массу возбужденных атомов, образуя направленное вдоль оси мощное излучение. Именно вдоль этого направления выполняется условие генерации. Это излучение, кроме того, будет иметь высокую степень монохроматичности, так как оптический резонатор задерживает излучение внутри себя и тем самым как бы увеличивает время жизни излучателя, а следовательно и время когерентности. Распределение амплитуд и фаз на поверхности зеркал не является однородным. Для описания структуры светового поля вводят понятие моды. [c.32]

В главах 1 и 2 книги содержатся сведения о турбулентных флуктуациях показателя преломления и методах теории распространения электромагнитных волн оптического диапазона в случайно-неоднородных средах. Специальный раздел посвящен методам решения задач на локационных трассах. В главах 3—6 излагаются результаты экспериментальных и теоретических исследований статистических характеристик поля пучков оптического излучения, распространяющегося в турбулентной атмосфере на связных трассах. Анализируются средняя интенсивность, когерентность, пространственно-временная структура флуктуаций фазы и интенсивности излучения, случайная рефракция оптических пучков в зависимости от турбулентности на трассе и параметров приемной и передающей оптических систем. В главах 7 и 8 рассматриваются результаты исследований распространения лазерного излучения на локационных трассах. Дается последовательный теоретический анализ влияния интенсивности турбулентности, свойств отражающей поверхности и параметров лазерного источника, отражателя и приемника на эффекты, обусловленные корреляцией встречных волн. Систематизируются результаты экспериментальных исследований распространения лазерного излучения на трассах с отражением в турбулентной атмосфере. В главе 9 описаны методы и аппаратура лазерного зондирования атмосферной турбулентности. [c.6]

Оптические способы, используемые для определения характеристик турбулентной атмосферы, условно можно разделить на два класса пассивные и активные. В первом случае в месте приема измеряются характеристики излучения от источников естественного происхождения, например звезд, солнца и др. Во втором случае используется специальный излучатель-передатчик оптического (чаще всего лазерного) излучения и измеряются характеристики излучения, прошедшего в атмосфере некоторое расстояние. Часто оказывается удобным использовать локационные схемы, при которых измерения осуществляются в отраженных световых потоках от детерминированных отражателей или от естественных атмосферных образований, например аэрозольных слоев. При использовании оптических методов параметры атмосферы могут быть получены как осредненные по всей трассе измерений, так и в виде профилей их средних значений по направлению распространения оптического луча. [c.216]

В данной главе дается краткое описание методов, получивших наиболее широкое применение в задачах распространения оптического излучения в турбулентной атмосфере. Рассматриваются вопросы теории распространения волн на трассах с отражением в случайно-неоднородных средах. Излагаются способы построения асимптотических решений уравнений для статистических моментов поля в характерных по турбулентным условиям случаях слабых и сильных флуктуаций интенсивности. Здесь же приведены сведения о моделях лазерных источников и отражающих поверхностей, применяющихся при анализе влияния турбулентности атмосферы на оптическое излучение. [c.18]

Современный этап развития оптики, начало которого можно датировать 1960 г., характеризуется новыми, весьма своеобразными чертами. Фундаментальные свойства света — волновые, квантовые, его электромагнитная природа — находят все более разнообразные и глубокие подтверждения и применения, продолжая служить основой для понимания всей совокупности оптических явлений. Однако круг этих явлений неизмеримо расширился. В начале 60-х годов были созданы источники с высокой степенью монохроматичности и направленности излучаемого ими света — так называемые оптические квантовые генераторы или лазеры. Распространение лазерного излучения и его взаимодействие с веществом во многих случаях протекает в существенно иных условиях, чем в случае излучения обычных, нелазерных источников, и конкретные явления приобретают совершенно новые, неизвестные ранее черты. Сказанное относится к отражению, преломлению, дифракции, рассеянию, поглощению и к другим основным оптическим явлениям (см. ГЛ. ХЬ, ХЫ). [c.25]

В отличие от активных модуляторов добротности, у которых момент выключения потерь определяется в)1еш-ними факторами, включение добротности пассивными модуляторами полностью определяется плотностью излучения внутри резонатора и их оптическими свойствами. В качестве пассивных модуляторов (или пассивных затворов) могут использоваться просветляющиеся фильтры, пленки, разрушающиеся под действием излучения, полупроводниковые зеркала с коэффициентом отражения, зависящим от интенсивности света, органические красители и т. д. Особое место среди пассивных затворов занимают затворы на основе просветляющихся фильтров. Исключительная простота таких затворов в сочетании с высокими параметрами получаемых с их помощью моноимпульсов излучения обеспечила им весьма широкое распространение. В основе работы этих затворов лежит способность просветляющихся фильтров обратимо изменять коэффициент поглощения под действием интенсивных световых потоков. Введение в резонатор пассивного затвора (рис. 35.10) приводит к увеличению порогового уровня накачки, в результате чего к моменту начала генерации па метастабилышм уровне накапливается значительное число активных частиц. При возникновении генерации лазерное излучение, проходящее через затвор, резко уменьшает его потери и запасенная энергия излучается в виде мощного импульса. Длительность этого импульса почти такая же, как и в режиме мгновенного включения добротности. Применение этих затворов значительно упрощает конструкцию генератора и позволяет получить параметры выходного импульса, близкие к предельным. [c.284]

Для шумовых импульсов важен весь круг вопросов, рассмотренных в предыдущих параграфах. Однако если для регулярных импульсов интерес представляет поведение огибающей и фазы, то в случае шумовых импульсов — статистические характеристики, в первую очередь такие, как средние интенсивность и длительность импульса, корреляционная функция и время корреляции. Выполненные к настоящему времени исследования в значительной мере решают проблему распространения шумовых импульсов в диспергирующих средах. Детальтю изучено распространение шумовых импульсов как во втором [31, 71], так и в третьем приближении теории дисперсии [201. Рассмотрены особенности расплывания импульсов многомодового лазерного излучения [72] и отражение шумового импульса от дифракционной решетки [73], проанализировано взаимное влияние неполной пространственной и временной когерентности при распространении импульса в диспергирующей среде [74]. Подчеркнем, что на основе пространственно-временной аналогии на шумовые импульсы могут быть перенесены результаты теории распространения частично когерентных пучков в линейных средах [16]. [c.63]

На рис. 3.36 представлена схема эксперимента [79], в котором осуществлялась оптическая регистрация распространения и затухания гармонических гигагерцевых акустических волн 25 ГГц). Широкополосные акустические импульсы возбуждались при поглощении лазерных импульсов накачки Я 0,2 пс hv =2 эВ, Vn = 110 МГц) в пленках алюминия либо а—Ge Н и распространялись в оптическом стекле. В [80] для регистрации акустических волн, также как и в [791, использовался эффект изменения коэффициента отражения зондирующего излучения от поверхности при выходе на нее звуковой волны (эффект пьезоотражения), но на этот раз в металлах (Ni, Zr, Ti, Pt). Так же как и в [77—79], использование дополнительной низкочастотной акусто-оптической модуляции возбуждающих импульсов и селективного усиления при обработке отраженных сигналов позволяет существенно повысить чувствительность приема, В данном случае при Vf, =250 МГц и частоте модуляции 10 МГц [83] уверенно регистрируются относительные изменения коэффициента отражения на уровне 10 (предельные чувствительности— 10 ). Профили сигналов, представленные в [83], имеют характерные длительности порядка 10 пс. [c.164]

В принципе световое и вообще электромагнитное поле содержит все возможные длины волн, направления распространения и на правления поляризации. Но главное назначение лазера как прибора состоит в генерации света с определенными характеристиками. Первый этап селекции, а именно по частоте, достигается выбором лазерного материала. Частота V испускаемого света определяется формулой Бора Ну = и нач — конечн и фиксируется выбором уровней энергии активной среды. Разумеется, линии оптических переходов не являются резкими, а по различным причинам уширены. Причиной уширения могут быть конечные времена жизни уровней вследствие излучательных переходов или столкновений, неоднородность кристаллических полей и т. д. Для дальнейшей селекции частот используются оптические резонаторы. В простейшем СВЧ-резонаторе, стенки которого имеют бесконечно высокую проводимость, могут существовать стоячие волны с дискретными частотами. Эти волны являются собственными модами резонатора. Когда ученые пытались распространить принцип мазера на оптическую область спектра, было не ясно, будут ли вообще моды у резонатора, образованного двумя зеркалами и не имеющего боковых стенок (рис. 3.1). Вследствие дифракции и потерь на пропускание в зеркалах в таком открытом резонаторе не может длительно существовать стационарное поле. Оказалось, однако, что представление о типах колебаний (модах) с успехом может быть применено и к открытому резонатору. Первое доказательство было дано с помощью компьютерных вычислений. Фокс и Ли рассмотрели систему двух плоских параллельных зеркал и задали начальное распределение поля на одном из зеркал. Затем они исследовали распространение излучения и его отражение. После первых шагов начальное световое поле рассеивалось и его амплитуда уменьшалась. Однако после, скажем, 50 двойных проходов мода поля приобретала некую окончательную форму и ее амплитуда понижалась в одно и тоже число раз при каждом отражении (с постоянным коэффициентом отражения. Стало ясно, как обобщить понятие моды на случай открытого резонатора. Это такая конфигурация поля, которая не изменяется [c.64]

Распространению оптического излучения в случайно-неоднород-ных средах посвяш,ен ряд монографий и обзоров [5, 20, 23, 29, 31, 32, 36, 39, 46, 50, 52, 53, 59, 65]. Однако за время, прошедшее с момента выхода этих обобщающих публикаций, в научной литературе накоплен большой фактический материал по экспериментальным и теоретическим исследованиям распространения света в турбулентной атмосфере, не нашедший достаточно полного отражения в сравнительно недавних обзорных работах [49, 71. В частности, появилось значительное число работ, посвященных распространению лазерного излучения на локационных трассах. Особенности таких задач связаны с корреляцией прямой и обратной волн, проходящих одни и те же неоднородности турбулентной среды. Это приводит в ряде случаев к качественно новым физическим закономерностям, не наблюдающимся при распространении только в одном направлении. [c.5]

В последние годы под научным руководством Р.И. Илькаева проведен масштабный цикл работ по фундаментальным исследованиям особенностей физики работы ряда лазеров и свойств вы-сокотемперат фной плазмы. Впервые в России была продемонстрирована работа лабораторной установки с рентгеновским лазером с длиной волны 196 А. Создана новая лазерная установка ЛУЧ на неодимовом стекле с энергией 10 кДж при длине волны 0,35 мкм. Разработаны химические НР(ВР) импульсно-периодические лазеры со средней мощностью излучения (1-10) кВт и рекордной частотой повторения импульсов до 1000 Гц. Для фотодиссоционных лазеров с накачкой излучением фронта ударной волны достигнута рекордная яркость излучения 10 " Дж/стерадиан, что существенно расширяет возможности доставки лазерного излучения на большие расстояния. Проведены уникальные исследования по изучению распространения рентгеновского излучения в протяженных замкнутых полостях. Для различных типов материалов получены значения коэффициентов отражения рентгеновского излучения. [c.338]

При изменении температуры пластинки происходит изменение сразу нескольких параметров кристалла, от которых зависят коэффициенты Д и Т. Зависимость, вносяш,ую основной вклад в температурное изменение регистрируемого сигнала, назовем управляюш,ей функцией. Далее будет показано, что среди многих управляющих функций наиболее эффективны ехр(—а/г) и со8 2пкН). Первая из этих функций лежит в основе широко распространенного метода термометрии полупроводников по температурному сдвигу края межзонных оптических переходов [1.40]. При выполнении условия 0,2 аН 2 этот сдвиг обеспечивает высокую температурную чувствительность при регистрации отраженного или проходящего излучения. При аН <С 0,1 и аН > 3 чувствительность мала. На гармонической управляющей функции основан не менее распространенный метод лазерной интерференционной термометрии полупроводников и диэлектриков [1.43]. Здесь чувствительность также имеет максимум при определенной длине волны и падает как в длинноволновой, так и в коротковолновой областях спектра. Обе эти управляющие функции позволяют реализовать усиление изменений при малом относительном изменении температуры в и управляющего параметра а в) или п в) относительное изменение регистрируемой интенсивности света оказывается не малым. Двухступенчатое преобразование изменений температуры в регистрируемый сигнал (в данном случае сигналом является изменение интенсивности света после взаимодействия с пластинкой) характерно для активной оптической термометрии и, по-видимому, не характерно для традиционных методов (это проявляется в том, что отсутствует возможность усиливать или ослаблять коэффициент преобразования К = Д2/Д0 путем выбора условий считывания сигнала). [c.21]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...