Эксплуатационные параметры лазеров

Коэффициент полезного действия определяется как отношение энергии генерации к электрической энергии, потребляемой источником накачки. В случае работы лазера в непрерывном режиме КПД вычисляется как отношение соответствующих мощностей.

Потребляемая мощность зависит от типа и мощности излучения лазера и может составлять от нескольких десятков ватт для маломощных лазеров до нескольких киловатт для лазеров с мощным излучением.

Рабочая температура активного элемента и элементов системы накачки. Для поддержания необходимой рабочей температуры используют естественное, воздушное или водяное охлаждение лазеров.

Время готовности к работе представляет собой промежуток времени от момента включения прибора в сеть до получения стабильного режима с заданными характеристиками излучения. В импульсных твердотельных лазерах основную часть времени занимает зарядка конденсаторов, в приборах непрерывного действия — нагрев цепей блока питания или активного элемента. Время готовности некоторых лазеров составляет несколько минут.

Время непрерывной работы обычно ограничено, что вызвано нагревом активного элемента или элементов блока питания, после охлаждения которых лазер снова готов к работе.

Ресурс работы представляет собой время работы лазера до выхода из строя одного из основных элементов (активного элемента, оптической накачки, зеркал резонатора). Ресурс газовых и твердотельных лазеров составляет обычно 1-2 тыс. часов, полупроводниковых — 10­20 тыс. часов.

Габариты и масса имеют существенное значение, особенно для мощных лазеров. Наибольшие значения этих величин характеризуют лазеры с мощными источниками питания.

Надежность лазеров близка к надежности газоразрядных приборов (газовые лазеры) и к надежности полупроводниковых приборов (полупроводниковые лазеры).

3.5 Точечные и линейные источники излучения

В зависимости от соотношения размеров излучателя и расстояния его до исследуемой точки фотоприемника источники излучения можно условно разделить на две группы:

а)точечные источники излучения;

б)источники конечных размеров (линейные источники излучения).

Источник излучения, у которого размеры значительно меньше расстояния до исследуемой точки, называют точечным. На практике за точечный источник принимают такой, максимальный размер (Qкоторого не менее чем в 10 раз меньше расстояния до приемника излучения (г) (рис. 3.29). Для таких источников излучения соблюдается закон обратных квадратов, согласно которому освещенность поверхности прямо пропорциональна силе света и обратно пропорциональна квадрату расстояния между излучателем и облучаемой поверхностью. Таким образом, для точечных источников освещенность Е определяется по формуле

где а – угол между лучом света и перпендикуляром к поверхности.

Рисунок 3.29 – К определению понятия «точечный источник излучения»

Если из точки, в которой расположен точечный источник излучения, отложить в различных направлениях пространства векторы силы излучений и через их концы провести поверхность, то получитсяфотометрическое тело излучения источника света. Такое тело полностью характеризует распределение потока излучения данного источника в окружающем его пространстве.

К группе излучателей конечных размеров относят те излучатели, у которых относительные размеры по всем направлениям больше размеров точечного излучателя. По мере удаления от исследуемой точки относительные размеры такого излучателя могут достигнуть такого значения, при котором данный излучатель можно будет принять за точечный.

Симметричные и несимметричные источники излучения

По характеру распределения силы излучения (света) точечные источники можно разделить на симметричные и несимметричные.

Такое деление обусловлено различной формой фотометрического тела. Под фотометрическим телом излучателя понимают распределение силы излучения (света) в пространстве.

Симметричные источники излучения имеют одинаковые значения потока излучения или светового потока по всем на правлениям, составляющим одинаковые углы с осью симметрии излучателя. Таким образом, симметричный излучатель представляет собой фотометрическое тело в виде тела вращения вокруг своей оси (рис. 3.30).

Рисунок 3.30 – Модель симметричного излучателя

Для такого источника все значения силы излучения (света) под любым углом а к оси симметрии источника будут одинаковы. Это позволяет пространственное распределение силы света выразить в виде графических кривых I_о=I(а). Такие кривые строят в полярной или прямоугольной системе координат для вертикального или горизонтального сечения фотометрического тела (рис. 3.31 и 3.32).

Рисунок 3.31 – «Продольная кривая» распределения силы света симметричного источника

Прямоугольную систему координат применяют для источников с распределением потоков излучения в пределах небольшого угла, например у прожекторов

Рисунок. 3.32. «Поперечная кривая» распределения силы света симметричного источника

При сечении симметричного фотометрического тела вертикальной плоскостью по оси симметрии получают так называемую «продольную кривую» распределения силы света (см. рис. 3.31). Так как она симметрична, то ее строят обычно в пределах от 0 до 180°.

Сечение симметричного фотометрического тела горизонтальной плоскостью, проходящей перпендикулярно оси симметрии через центр источника, позволяет получить «поперечную кривую» распределения силы света. Чаще всего эта кривая представляет собой окружность (см. рис. 3.32). Имея такое графическое выралсение функцииможно получить полное представление о распределении потока излучения (силы света) в пространстве симметричного источника.

Несимметричные излучатели не обладают симметрией распределения силы света относительно оси, вследствие чего их фотометрическое тело отличается от тела вращения и значения силы света неодинаковы для различных продольных плоскостей. В связи с этим строят семейство продольных кривых силы излучения, соответствующих различным направлениям в пространстве. Как правило, строят графическое распределениесилы света в виде семейства кривыхпри |3 = const в полярной системе координат (рис. 3.33).

Рисунок 3.33 – «Продольные кривые» распределения силы света несимметричного источника