Властивості лазерного випромінювання

Спрямованість лазерного випромінювання

Якщо розглядати сферичний фронт хвилі, який відповідає гауссовому пучку, що формується стійким резонатором з сферичною поверхнею дзеркал, то розподіл інтенсивності випромінювання визначається:

де G – умовний радіус вихідного гауссового пучка апертура якого визначається падінням інтенсивності в е2 раз.

Тоді кут дифракційного розходження цього пучка визначається формулою:

де 2 0 – найменший розмір гауссового пучка в резонаторі

(перетяжка).

На великих відстанях від перетяжки (дальня зона) розходження приблизно може бути знайдене як:

Яскравість

Розглянемо елемент поверхні ds джерела в точці 0.

Яскравість якого-небудь джерела електромагнітних хвиль характеризує потужність випромінювання, що випромінюється з одиниці поверхні в одиничному тілесному куті в напрямку, перпендикулярному поверхні, що випромінює.

випромінювальною здатністю.

Енергетична яскравість є об'єктивною фізичною характеристикою електромагнітного випромінювання. Окрім енергетичної яскравості вводиться поняття фотометричної яскравості, або просто яскравості.

Поляризація

Поляризованим називають світло, яке можна представити електричним вектором, модуль і напрямок якого в точці простору змінюються в часі закономірно.

За напрямок поляризації як правило приймають напрям вектора електричного поля. Площину, що проходить скрізь напрям випромінювання та ортогональну до площини коливання векторів, називають

площиною поляризації.

В залежності від траєкторії, яку описує результуючий вектор, розрізняють

лінійну, сферичну та еліптичну поляризації. А напрям обертання визначає ліву або праву поляризації.

Схема напрямку розповсюдження поляризованих хвиль випромінювання, коливань векторів Еу, Ех та площини поляризації Р(а), та додаток двох поляризованих хвиль з нерівними амплітудами ті різницею фаз 90 (б)

Поляризація

Лазерне випромінювання, без використання спеціальних засобів, визначально не є поляризованим, що іноді приводить до нестабільності генерації лазера.

В якості цих засобів використовуються, наприклад, прозорі пластини розташовані до оптичної вісі під кутом Брюстера, що дозволяє отримати майже повністю поляризоване випромінювання.

Також на ступінь та вид поляризації впливає орієнтація оптичної вісі кристала відносно оптичної вісі лазера.

Ступінь поляризації може суттєво впливати на ефективність технологічних процесів де відбиття відіграє важливу роль (розрізання товстих металевих матеріалів).

Поляризоване випромінювання використовується: - при вивченні фото пружності, -мікроскопії, -контролю технічних та фізичних величин.

Потужність, ККД

Потужність оптичного випромінювання – це енергія, що переноситься випромінюванням за проміжок часу.

Якщо енергія випромінюється імпульсом, то користуються поняттям імпульсної і середньої потужності.

Потужність віднесена до одиничного спектрального інтервалу випромінювання має назву спектральної інтенсивності або спектральної щільності потужності.

Потужність, ККД

Якщо враховувати втрати в дзеркалах, то енергія збережена в одиниці об‘єму

де W0 енергія в момент часу t=0; м – час релаксації

електромагнітної в результаті проходження скрізь дзеркала. Постійна часу м визначається інтервалом часу за який

електромагнітна хвиля проходить подвоєну відстань довжини резонатора, а енергія якої зменшується в r1r2 рази, де r1 та r2 –

коефіцієнти віддзеркалення.

де с/п – швидкість світла в середовищі з показником переломлення п ; L– відстань між дзеркалами.

Потужність, ККД

Вихідна потужність Рі, віднесена до одиничного об‘єму активного середовища дорівнює W.

Для лазера, який працює по трьохрівневій схемі в безперервному режимі, потужність що випромінюється скрізь напівпрозоре дзеркало при r1 = 1

де V– об‘єм робочої речовини лазера; k – коефіцієнт рівня накачки (k =5-10 для твердотільних лазерів, що працюють в безперервному режимі, k =100-1000 в імпульсному; k =10 для газових лазерів); N0 – загальна кількість активних атомів; β –

коефіцієнт послаблення за рахунок дисипативних втрат; l- ефективна довжина активної речовини; 21 – частота лазерного

переходу; 21 – час релаксації між рівнями лазерного переходу; 21

– перетин поглинання переходу.

Потужність, ККД

Вибір довжини активного елементу багато в чому визначає ефективність генератора в цілому.

Рис. Залежність потужності випромінювання від довжини активного елементу та коефіцієнта віддзеркалення

Мінімальна довжина, яка відповідає існуванню генерації, визначається: