Лекция №1

Оптический диапазон – это электромагнитное колебание λ=1 нм-1мм

Отсюда выделяют видимую область: 0,38 – 0,78 мкм

Инфракрасную область: 0,78 – 0,001 мкм

Ультрафиолетовую область: 0,001 – 0,38 мкм

Особенности:

1) Маленькая длина волны;

2) Высокая частота излучения;

3) Передача квантами света (нейтральные частицы)

Энергия кванта: , где – постоянная Планка

Лазер – это источник оптического излучения. Он состоит из следующих основных частиц:

1) Активная среда;

2) Оптический резонатор;

В зависимости от активной среды источник накачки различается.

Активное вещество предназначено для усиления излучения с определенной длинной волны. Начинает усиливать излучение только после воздействия источника накачки.

Оптические резонаторы служат для многократного возвращения световой волны. Так же он служит для вывода светового излучения наружу. Для этого одно из зеркал делают частично прозрачным.

Излучение лазера – монохроматическое, когерентное, поляризованное, интенсивное.

Классификация лазеров:

1) По виду активного вещества (газовая, твердотельная, полупроводниковая)

2) По способу накачки (светодиодная, электрические разряды)

3) По режиму работы (импульсный, непрерывный)

3) По выходной мощности (маломощные: до 1мВт; средней мощности: до 1 кВт; высокомощные: больше 1кВт)

Параметры, подлежащие измерению: мощность, расходимость излучения, длина волны;

Мощность или энергия излучения

Понятие мощность относится к непрерывным лазерам. Понятие энергия для импульсных лазеров.

Существуют следующие методы измерения мощности излучения:

1) Калориметрический тепловой метод;

2) Пондеромоторный метод (механический);

3) Фотоэлектрический;

4) Фотохимический;

Эти методы не отличаются большой точностью. Типичная погрешность 1-5%.

Измерение мощности часто начинают с качественных методов. Для лазеров малой мощности по почернению копировки, установленной под лазерный луч.

При мощности 200 мТ-1 Вт происходит почернение.

При мощности>1 Вт прогорает бумага.

При мощности 5 Вт прогорает пенопласт.

При мощности>10 Вт прогорает фанера, оргстекло.

Калориметрический тепловой метод

Этот метод основан на повышение температуры вещества при поглощении энергии. Первичным в этом методе является изменение энергии. Установка помещена в пенопласт, который используется как теплоизолятор. Медный конус используется чтобы не было отражения излучения (шероховатость аналогично). Как правило используются два одинаковых конуса (измерительный и компенсационный).

Электрическая мостовая схема включения. При подаче излучения на один из конусов он нагревается, сопротивление увеличивается. Для компенсации используется второй конус.

Поглощенная энергия: , где – это удельная теплоемкость материала; – это масса поглотителя (конуса); – это изменение температуры.

После включения мощности температура калориметра изменяется следующим образом:

На I режиме энергия, поступающая от лазера в поглотитель, превышает энергию, излученную боковыми стенками калориметра в окружающее пространство. Формула (1) справедлива для этого режима.

На II режиме калориметр нагревается до того, что энергия боковых стенок равна энергии излучения. Так называемое тепловое равновесие.

На самописце записываются оба участка. При использовании формулы (1) для I участка производятся все измерения. Обычно первый участок длится от доли секунд до нескольких секунд.

Энергия:

Мощность:

Общая формула для I и II режима: , где S – это площадь внешней поверхности калориметра; α – это коэффициент теплообмена; τ – это постоянная времени.

Если режим импульсный: