вход Вход Регистрация



Лазерное излучение характеризуется чрезвычайно высокой степенью монохроматичности, когерентности, направленности и яркости.

Направленность определяет расходимость светового пучка в пространстве и характеризуется плоским или телесным углом, в пределах которого распространяется большая часть излучения.

Расходимость лазерного излучения связана с дифракцией плоских волн на выходной апертуре лазера φдифр и геометрической расходимостью, характеризуемой углом φгеом. Полный угол расходимости для моды ТЕМmn(m, n <5) равен [2]:

где : d – диаметр диафрагмы,

При Z < Z0 формируется ближняя зона лазерного луча ( область Френеля), при Z > Z0 – дальняя зона (зона Фраунгофера). Геометрическая расходимость лазерного излучения невелика.

Моды с более высокими поперечными индексами m и n характеризуются низкой пространственной когерентностью, более высокой расходимостью излучения. Для основной поперечной моды ТЕМ00 угол дифракционной расходимости определяется по формуле [3]:

где - диаметр гауссова пучка в перетяжке ( наиболее узкой его части)

Яркость источника характеризуется мощностью излучения, испускаемого с единицы поверхности в области единичного телесного угла в направлении, перпендикулярном к излучательной поверхности. Для описания лазерного излучения, из-за наличия мод говорят лишь о распределении энергии в каком – либо сечении этого пучка. К тому же в лазере нет реальной излучающей поверхности, т.к. излучение формируется в некотором объеме активной среды и затем преобразуется в узконаправленный пучок с помощью резонатора.

Высокая монохроматичность излучения обусловлена тем, что индуцированное излучение представляет собой резонансный процесс.

Под когерентностью понимают согласованное протекание во времени и в пространстве нескольких волновых процессов, проявляющееся при их суммировании.

Для когерентных световых волн с постоянной или закономерно изменяющейся разностью фаз возникает характерная интерференционная картина.

Различают временную и пространственную когерентность. Временная когерентность колебаний поля в точке характеризуется функцией корреляции [5] представляющей собой усредненное по времени скалярное произведение двух значений поля в одной и той же точке пространства, разделенных интервалом времени τ. Считается, что волны обладают временной когерентностью, если существует статистическая связь (корреляция) между амплитудами волн в данной точке в один момент времени и любой более поздний момент.

Волны считаются пространственно когерентными, если существуют поверхности, на которых амплитуды волн как функции времени находятся во вполне определенном соотношении. Пространственная когерентность характеризуется функцией корреляции [6] представляющей собой усредненное во времени произведение двух компонент поля, взятых в один и тот же момент времени, но в разных точках пространства.

Пространственную когерентность можно рассматривать как поперечную когерентность, т.е. когерентность в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волн, а временная когерентность оказывается пропорциональной продольной пространственной когерентности. Степень когерентности определяется интервалом корреляции (τ или Δr), при котором огибающая амплитуда функции корреляции R уменьшается на определенную величину (например, в е раз или в 2 раза).

Временная когерентность тесно связана с шириной спектра излучения. Если интервал корреляции определять интервалом времени τк, в течение которого огибающая корреляционной функции уменьшается в 2 раза, то время когерентности

где Δν – ширина спектра по уровню половинной мощности для импульса с экспоненциальной огибающей.

Продольную когерентность колебаний характеризует величина l называемая длиной когерентности.

l=cτk,

где c – скорость света.

 

© 2018
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру