Свойства лазерного излучения.
Особые свойства лазерного излучения легко обсуждать, рассматривая поток излучения как поток квантов. Рабочие процессы в лазерах будут обсуждаться в последующих разделах. Здесь же будет обсуждаться их результат: кванты лазерного излучения одинаковы по всем параметрам
1. Лазеры – источники монохроматичного излучения (в переводе с греческого, монохроматичность – это одноцветность). За цвет в нашем восприятии отвечает частота электромагнитного излучения. Одноцветность означает постоянство частоты: ν = const. Одинаковость квантов по частоте означает, что кванты лазерного излучения одинаковы по энергии.
По объективным причинам, идеальная монохроматичность недостижима, и вместо фиксированного значения частоты ν кванты имеют некоторый разброс по частоте в пределах очень узкого интервала Δν с центром – значением ν. Количественной мерой монохроматичности можно считать отношение Δν / ν. Для лазеров это отношение по порядку величины равно
10-14. Это означает, что разброс по частоте меньше, чем ее среднее значение, в 1014 раз (в 10 триллионов раз).
2. Л азер – источник когерентного излучения. Это означает, что все кванты излучения, покидающие лазер в любой момент времени, практически одинаковы не только по частоте, но и по фазе электромагнитных колебаний в них. Во всех таких квантах колебания идут совершенно синхронно: синхронны переходы через максимум, через нуль, и т.д.
|
|
|
При наложении друг на друга двух или нескольких когерентных волн происходит явление интерференции: устойчивое во времени увеличение или уменьшение амплитуды результирующих колебаний. Суммарная энергия интерферирующих волн остается неизменной, но перераспределяется: там, где накладываются колебания, одинаковые или близкие по фазе, происходит их взаимное усиление; при больших отличиях по фазе амплитуда результирующих колебаний минимальна и может оказаться равной нулю.
3. Лазер – источник поляризованного излучения. Во всех квантах лазерного излучения электрические векторы Е электромагнитных колебаний, параллельны друг другу. Аналогично, параллельны друг другу и векторы магнитной индукции В.
Напомним, что электромагнитные волны – это поперечные волны: векторы Е и В непрерывно меняются по модулю, оставаясь перпендикулярными направлению распространения квантов (то есть совершают колебания поперек луча). При этом векторы Е и В всегда взаимно перпендикулярны.
4. Излучение лазера имеет малую угловую расходимость. Она составляет величину порядка нескольких угловых секунд (угловая секунда – это 1/3600 углового градуса).
|
|
|
Малая расходимость лучей лазера – это следствие двух причин. Во-первых, имеет место согласованность направлений квантов индуцированного излучения (подробнее - см. раздел 3). Во-вторых, оптический резонатор лазера – это устройство, способствующее генерации потоков излучения, параллельных оси лазера (см. раздел 4).
5. Лазер может быть источником излучения большой мощности. Разумеется, развитие лазерной техники начиналось с появления образцов малой мощности: заработал – это уже достижение…
В настоящее время производятся и широко применяются, в том числе и в медицине, лазеры как низкой, так и высокой мощности. Даже лазеры непрерывного действия могут обеспечить мощность излучения до 105 Вт (до 100 кВт). Мощность импульсных лазеров на несколько порядков выше. Например, если неодимовый лазер генерирует импульс с энергией Е=75 Дж в импульсе длительностью t = 3·10-12 с, то мощность излучения в импульсе составляет N = Е / t = 75 / 3·10-12 = 2,5·1013 Вт (25 млрд кВт), а это – мощность средней гидроэлектростанции.
Ценная особенность коротких импульсов состоит в том, что их энергия достается очень малому количеству вещества поглотителя (например, биологической ткани). Лазерные импульсы при этом особо хороши: благодаря высокой монохроматичности, излучение лазера может быть сфокусировано почти в точку: до размеров светового пятна диаметром порядка длины волны излучения (десятые доли микрометра).
|
|
|
Если энергия светового импульса достается ограниченному числу частиц, то малая порция вещества будет не просто разрушена – она может сгореть и испариться, из чего бы эта преграда ни была изготовлена. Благодаря скоротечности процессов, смежные слои вещества не успеют даже подогреться, поскольку процессы теплопроводности, диффузии и т.п. просто не успевают развиться.
6. Лазер – источник излучения высокой интенсивности. В импульсных лазерах она особенно высока, и может достигать значений I=1014-1016 Вт/см2. Для сравнения: средняя интенсивность солнечного света вблизи земной поверхности составляет I = 0,034 Вт/см2 = 340 Вт/м2.
Интенсивность – это отношение мощности излучения к площади поперечного сечения потока излучения. При неизменной мощности лазера, интенсивность можно регулировать фокусировкой или расфокусировкой луча.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 449; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!