7.8. Яркость

В гл. I [см. рис. L7 и выражение (1ЛЗ)] 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 6з, а в другом — причем 82 > 6ь 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-

чить при фокусировании с помощью линзы, яркость является важным параметром. Это подтверждается тем фактом, что, хотя интенсивность пучка можно увеличить, его яркость при этом ос­тается без изменения. На рис. 7.12 приведена простая схема с конфокальными линзами, которая позволяет уменьшить диа­метр пучка, если f₂ < ft. При этом интенсивность выходного пучка будет больше интенсивности входного. Однако расходи­мость выходного пучка (~ %/D₂) будет также больше, чем рас­ходимость входного пучка (~ %/D\), и, следовательно, яркость

свойство,

^{продемонстрированное}

Входной^ пучок ^si

Выходной I пцчт

останется неизменной. Это здесь на конкретном приме­ре, справедливо и в общем случае (даже для некоге­рентных источников излуче­ния). А именно для данного источника света и оптиче­ской системы, формирующей

^{изображение, изображение}

не может быть ярче исход­ного источника излучения

[3, с. 189, 190] (это справед­ливо при условии, что источник и изображение находятся в среде с одним и тем же показателем преломления).

Вт;

_(7.59)

Яркость лазерного излучения на несколько порядков вели­чины больше, чем яркость наиболее мощных некогерентных ис­точников. Это обусловлено чрезвычайно высокой направлен­ностью лазерного пучка. Сравним, например, одномодовый Не—Ne-лазер, длина волны излучения которого К = 0,63 мкм, а выходная мощность равна 1 мВт, с наиболее ярким источни­ком света. Таким источником может быть ртутная лампа с вы­соким давлением паров ртути (лампа фирмы РЕК Labs типа 107/109), имеющая выходную мощность ~ 100 Вт и яркость В ~95 Вт/(см²*ер) для наиболее интенсивной излучаемой сю зеленой линии (Я =546 нм, № = 10 нм). Чтобы получить ди­фракционно-ограниченный пучок света, можно воспользоваться схемой, показанной на рис. 7.9. Телесный угол света, излучае­мого точечным отверстием и собираемого линзой I/, равен О = = flD²/4f², а площадь излучающей поверхности А = шР/4. По­скольку яркость изображения лампы в плоскости диафрагмы не может быть больше яркости самой лампы, выходная мощность пучка равна по крайней мере

Р^МА~ (Я/4)²В** 1,7- 10"⁸

при вычислениях здесь мы использовали выражение (7.55). Вы­ходная мощность лампы оказывается приблизительно на пять порядков величины меньше мощности излучения Из (7.59) можно также видеть, что мощность дифракционно-ог­раниченного пучка, излучаемого лампой, зависит лишь от ее яр­кости. Это служит еще одним доказательством того, насколько важным является понятие яркости.