Avantajele laserelor

AVANTAJELE LASERILOR

Laserele ca surse de radiație au următoarele avantaje:

1) laserele produc radiații coerente foarte monocromatice.

Reamintim că monocromaticitatea și coerența radiațiilor sunt interdependente. Dacă două trenuri ale aceluiași val ajung la un anumit punct







frecvența și planul de polarizare, atunci pentru scurt timp până când ambele valuri există în acest moment, ele pot fi considerate coerente, deoarece în acest timp rezultatul interferenței lor nu se va schimba. Incoerența astfel de trenuri de undă limitate reflectă în faptul că, în următoarele intervale prin același punct sunt deja alte trenuri de unde, cu o diferență de fază și, prin urmare, cu un rezultat diferit de interferență. Prin urmare, cu cât este mai lungă trenul valurilor, cu atât mai mult (pe o perioadă mai lungă) vor fi coerente. Absolut de lungă, adică, armonică, valurile vor fi complet coerente. Pe de altă parte, trenurile cu undă scurtă nu sunt monocromatice; dacă ele sunt descompuse în componente armonice, se obține o linie spectrală largă, care conține un interval de frecvență continuu, cu cât lungimile de undă sunt mai scurte. Trenurile cu valuri lungi sunt mici și, prin urmare, mai monocromatice. Astfel, cu cât este mai mare gradul de coerență a radiației (adică, mai mult decât trenul de unde emise), cu atât este mai monocromatică această radiație; Unda armonică infinită este în mod ideal coerentă și, în același timp, perfect monochromatică. În consecință, orice dispozitiv care asigură (mărește) coerența radiațiilor contribuie, de asemenea, la monocromatizarea acestei radiații (o scădere a răspândirii frecvențelor în liniile spectrale). Să observăm că modul de operare cu laser, atunci când undele electromagnetice sunt întrerupte, radiația este mai puțin coerentă decât în ​​modul continuu;

2) puterea radiației laser este foarte mare. De exemplu, dacă o bară de rubinie a primit energie de la o lampă când pulsul a fost pompat și a strălucit pentru că fluxul de radiație ar fi egal cu

Cu ajutorul lentilelor, este posibil să se concentreze această radiație pe o suprafață mică și să se obțină concentrații de putere colosală; de exemplu, dacă diametrul punctului focal este egal cu

Cu această concentrație de putere (iluminare energetică), este posibil să se producă procese aproape instantanee în diferite corpuri. Cu toate acestea, nu trebuie să uităm că energia conținută în emisia cu laser, dar este mic, astfel încât procesele necesită costuri ridicate de energie, nu poate fi realizată prin radiație, nu conține această energie, indiferent cât de mare flux de radiații sau de concentrare de putere în zona sau în volum. Evident, energia necesară poate fi obținută prin creșterea dimensiunilor laserului, repetându emisia în impulsuri de energie radiantă, cu o frecvență ridicată sau prin utilizarea unui laser continuu. Astfel, laserul funcționează

Ca un instrument, concentrând intrarea din exterior și împrăștiată în timp energie;

3) câmpurile electrice și magnetice din valul laser sunt foarte mari. Dacă, de exemplu, în lumina soarelui, apoi în radiația unui laser cu putere medie, intensitatea ajunge la zeci și sute de kilovoliți pe centimetru. Calculul se face după cum urmează: să presupunem că un flux de radiație cu o secțiune transversală și putere părăsește tija rubinică în timp c. Volumul (c este viteza luminii) va conține energie. Deoarece densitatea energiei în undă electromagnetică







În consecință, fasciculul laser poate efectua procese care necesită intensități puternice ale câmpului electric și magnetic;

4) direcția emisiei de lasere poate fi foarte precisă (divergența unghiulară a fasciculului este foarte mică).

Dacă oglinzile laser sunt strict paralele, atunci fasciculul laser va fi un val de plan. Difracția acestui val pe o gaură circulară (capătul unei tije rubinice) de diametru dă o divergență unghiulară la fața aerului (vezi §5)

Când rad sau aproximativ 0,75 min. Dacă utilizați două obiective (Figura IV.98), puteți mări diametrul fasciculului laser de până la 10 ori și obține un unghi de divergență de ordinul a câteva secunde. Cu o astfel de directivitate a radiației laser, pata formată pe Lună ar avea o rază

Observăm că atunci când se utilizează undă radio cu unde scurte, de exemplu, cm, pentru a obține un spot de astfel de dimensiuni, o oglindă de focalizare de aproximativ

5) densitatea spectrală a luminozității energetice în radiația laser este mult mai mare decât densitatea corespunzătoare a emisiei spontane, precum și radiația termică la aceeași temperatură. De exemplu, într-un laser rubin, atomii de crom emit o undă cu o răspândire egală cu tranzițiile spontane în modul laser

În consecință, aceeași putere a liniei spectrale în modul laser se încadrează într-un interval de lungime de undă de 270 de ori mai mic decât în ​​emisia spontană; prin urmare, luminozitatea liniei spectrale laser va fi de câte ori este mare.

Dacă dispozitivul laser este proiectat să producă radiații coerente, atunci calitatea acestuia poate fi estimată din conținutul de unde incoerente din această radiație. În plus față de tranzițiile forțate, tranzițiile spontane apar în mediul activ al laserului. Partea radiației care reprezintă fracțiunea tranzițiilor spontane este incoerentă și ar trebui considerată ca o interferență cu radiația coerentă principală; această parte a radiației se numește zgomot (termenul adoptat în radiotehnică). Caracteristica sursei de lumină coerentă este raportul dintre intensitatea zgomotului și intensitatea radiației coerente "ordonate". Din acest punct de vedere, sursele de lumină termică sunt generatoare de zgomot într-o gamă largă a spectrului. Generatoarele radioelectrice ale undelor electromagnetice au un nivel scăzut de zgomot, datorită căruia este posibilă transmiterea unor informații extinse prin modularea și demodularea acestor unde;

6) eficiența laserelor care utilizează diferite substanțe "active" variază foarte mult: de la fracțiuni de la un procent la valori apropiate de 100%.

Eficiența unui laser cu gaz cu heliu și neon este foarte mică (aproximativ 1%). O eficiență mai mare (până la 10%) este obținută de la un laser cu gaz care conține un amestec de dioxid de carbon și azot (uneori cu un amestec mic de heliu). Gazul se numește o descărcare electrică în care energia electronilor este suficient pentru a transforma moleculele de azot la nivelul vibrațional inferior, cu toate acestea, pentru atomii de azot ai tranziției de la acest nivel primar cu emisie de fotoni este dezactivat (are o probabilitate foarte mică de realizare), dar poate radiationless transferul de energie al moleculei la termic coliziuni; acest transfer este facilitat de faptul că energia diferă puțin de energia necesară pentru excitarea moleculelor la nivelul "laserului". Moleculele au alte niveluri de energie mai scăzute; important ca acestea sunt eliberate în mod considerabil mai repede decât nivelul de El (datorita coliziunilor cu molecule neexcitat, și de tranziție a energiei de excitație în căldură). Astfel, în molecule, nivelurile superioare (inclusiv nivelul principal) sunt mult mai pline în comparație cu nivelurile inferioare, ceea ce permite apariția unui efect laser. Un mare avantaj al laserului pe dioxidul de carbon este (în afară de eficiența ridicată) posibilitatea de a obține puteri mari.

Laserele cu semiconductor au o eficiență de aproape 100%. Acest lucru este util mai ales în dispozitive care utilizează lasere miniaturale (lasere semiconductoare au o grosime a stratului activ de câțiva microni, iar cristalul poate avea dimensiuni pe dezavantajul ordinea de lasere semiconductoare, în comparație cu gaz este mare „neclaritate“ a liniilor spectrale. Chiar dacă (pentru a elimina „zgomotul ") Plasați laserul pe arsenid de galiu în

un termostat cu temperatura azotului lichid, apoi linia emisă de el are o lățime de neclaritate a liniei în laserele cu gaz, această valoare fiind mult mai mică și mai mică).







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: