Б) Луна и планеты.

Температура 220 – 400 К (Венера – 430). _max = 7 – 20 мкм.. Полная луна 0,5 лк.

в) Звезды (астроориентация и астронавигация).

Звезды	Полушарие Т	Освещенность
Вега	С 11,200	-10-6лк
Сириус	Ю 11,200	10-5лк
 - Креста	Ю 22,500	10-6лк

г) Небо и облака.

Рассеянный свет ясного неба - 30 от прямой солнечной засветки.

Яркость ночного неба в зените - 310^-4 кд/м²

Редко встречающиеся серебристые облака – 1 кд/м²

д) Полярные сияния.

На высотах - 100км. Яркость до 0,2 кд/м²

V. Источники когерентного излучения.

1) Принцип работы лазера.

L ight

Amplification by

Stimulated LASER (Microwave – MASER)

Emission of

Radiation

1916 – Эйнштейн предсказал

1939 – Фабирант начал работы

1951 – В.А. Фабрикант подал заявку на изобретение на способ (опубликовано в 1959г., диплом на открытие 1964)

1954 – Мазер, 1960 – рубиновый и газовый лазеры,

1962 – полупроводниковый лазер. 1964 – Басов, Прохоров, Таунс – Нобелевская премия.

Модель Нильса Бора.

Е₂

Е₁

поглощение

Спонтанное излучение

Второй фотон точная копия 1.

Вынужденное излучение

Оптический затвор

Н.З.

П.П.З.

Активная среда

Оптический резонатор

Система накачки

Накачки:

• Электрическая (газовый разряд), инжекция электронов и дырок.

• Оптическая

• Химическая, ядерная

• Газодинамическая

• Электронным пучком

• Ударная ионизация.

Трехуровневая схема:

Рис.24.

За счет ₂ создается инверсная населенность на уровне Е₂, т.е. n₂n₁

При включении вначале – спонтанное излучение. При достижении инверсной населенности (заселенности) – вынужденное излучение. В преимущественном положении – излучение вдоль оси.

Степень монохроматичности до   10^-10 (у лучших монохроматоров   10^-6)

Активная среда :

- Газообразная, газы и газовые смеси (газовые лазеры)

• Кристаллы и стекла с примесями определенных активаторов (твердотельные)

• Полупроводники (полупроводниковые)

• Растворы (жидкостные)

Характеристики:

• Энергия (Е) или мощность (Р) излучения. В импульсном режиме: _и – длительность импульса, Р_{и max} – максимальная мощность в импульсе.

•  - длина волны,  - ширина контура спектральной линии.(за счет чего Доплер, неопределенность)

•  - расходимость (индикатриса излучения)

• F_ч – частота повторения импульсов.

Ф/Ф₀

1



0,5



₀

Рис.25

2. Газовые лазеры

Газы и газовые смеси, смеси с парами металлов. Активными центрами могут быть:

• Нейтральные атомы. Е = 0,12 В.  = 100,5 мкм (ИК и видимое). Гелий неоновый

• Ионы. Е = 210В.  = 0,50,1 мкм (видимое и УФ). Аргон.

• Молекулы. Переходы происходят между колебательными и вращательными уровнями Е = 0,0010,1 В.  = 101000 мкм (ИК, СВЧ). СО₂.

Накачка: газоразрядная, газодинамическая, химическая.

Высокая оптическая однородность газа, прозрачность.

а) Гелий – неоновый лазер (атомарный)

₁ и ₂ исключаются зеркалами, у которых высокий коэффициент отражения в видимой области и низкий в ИК, а также с помощью схемы – рис. 28.

Уровень 3 заполняется с 2-х сторон.

 - угол Брюстера

Н.З.



ППЗ

Рис. 27

U_пит (постоянное и переменное

U_a = 2кВ,

Ι_а = 50мА,

Ρ_вых =10мВт,

КПД ~ 0,01%.

Высокая монохроматичность на λ₃ (Δλ ~ 10^-6А).

υ₁ > υ₂

υ₂

υ₁

Рис. 28

б) Ионные лазеры (аргон, криптон, ксенон).

Аргоновый – накачка дуговым разрядом. Применяют термостойкие материалы и водяное охлаждение. Высокая концентрация ионов. Ионы движутся к аноду и там давление повышается. Для выравнивания – обводная трубка. Работают в непрерывном и импульсном режимах. Основная мощность на ₁ = 0,488 и ₂ = 0,514мкм (всего 8-10 спектр. линий).

В непрерывном режиме Р_вых  единицы Вт, КПД  0,1.

В импульсном режиме Р_вых – единицы кВт.

в) Молекулярные лазеры (СО₂).

 = 10,6мкм. Активная среда – смесь СО₂, N₂, Не. Р – несколько сот Па.

Рабочие уровни – колебательные уровни молекул СО_2. Материалы окон – прозрачные для ИК: германий, арсенид галлия и др.

Р_вых до 100Вт в непрерывном режиме. В импульсном – до 10⁶Вт. КПД до 20 (большое время жизни метастабильного уровня до 10^-1с. Используется в основном ля обработки материалов.

При интенсивности луча  10⁶ – 10⁷Вт/см² – испарение (кипение) материала.

Сварка металлов – 10⁵ Вт/см²

Резка металлов - 10⁷Вт/см²

Пробивание отверстий - 10⁹Вт/см²