2.1.5 Свойства лазерного излучения.

Различают пять основных свойств лазерного излучения.

1. Монохроматичность

2. Когерентность

3. Направленность

4. Мощность

5. Пространственные характеристики

1. Это наличие в излучении фотонов т.е. квантов энергии только с одной частотой излучения. (Одноцветное излучение – если говорить о лазере, работающем в видимом спектре излучения). Частота излучения определяется . Но излучение и поглощение атомной системы характеризуется некоторым отклонением этой частоты, которое называется шириной спектральной линии . Например, для твердотельных лазеров =10¹⁰ Гц. Т.е. абсолютно монохромного потока создать невозможно. Но монохромотичность лазерного излучения очень велика, которая достигается также наличием резонатор, т.к. усиление наблюдается при резонансной частоте. Получить такое же монохроматичное излучение другими способами невозможно.

2. Это означает, что фазы электромагнитных волн квантов энергии лазерного излучения совпадают, совпадают частоты колебаний, а также совпадают направления распространения электромагнитных волн. На практике в лазерном излучении наблюдается некоторый разброс по фазе, частоте и направлению распространения ЭМ волны фотонов. Но получить такое же высококогерентное излучение другими способами невозможно.

3. Направленность характеризуется углом расходимости Θ (рис. ).

Рис.

В одномодовом режиме излучения:

. (2.13)

Для лазерного излучения не превышает величину в несколько угловых минут (обычно 0,5÷3 мрад.). Например, диаметр пятна, образованного излучением хорошего лазера на Луне не превышает нескольких км. Диаметр пятна хорошего прожектора составляет 30-40 т. Км (больше диаметра Луны).

4. Мощность (энергетические характеристики).

а) лазеры непрерывного действия.

Характеристиками излучения являются:

• Мощность в Вт, кВт, МВт. Мощность газовых лазеров непрерывного излучения составляет от десятых долей мВт (He-Ne лазеры) до 1МВт (СО₂ - лазеры).

• Плотность мощности или интенсивность излучения , где S – площадь поперечного сечения пучка. На выходе из излучателя I составляет 10² – 10⁴ . При фокусировке достигается и более.

б) лазеры импульсного действия.

Излучение импульсных лазеров характеризуется следующими величинами:

• Энергия излучения в Дж – колеблется от долей Дж до тысяч кДж;

• Длительность излучения = 10^-3 – 10^-2 с;

• Средняя мощность излучения в Вт -

даже при сравнительно небольшой энергии излучения может достигать большой величины. Например, наш лаб. лазер ГОР-100М.

Дано:

Решение: .

• Плотность мощности или интенсивность

• Плотность энергии

5.Пространственные характеристики.

Важнейшей характеристикой является распределение интенсивности в лазерном пучке. Это распределение может быть весьма разнообразным и зависит от типа применяемого резонатора и модового состава излучения. В качестве примера можно привести распределение Гаусса, которое имеет место при генерации излучения на продольной моде TEM₀₀ и описывается формулой

(2.14)

I₀ – интенсивность на оси пучка,

r_q – условный радиус, где .

Рис.

На практике распределение интенсивности может иметь вид кольца, прямоугольной рамки и др.