Лазеры и их применение

М. Ф. Сэм (Ростовский государственный университет, Ростов-на-Дону)
Опубликовано в Соросовском образовательном журнале, N 6, 1996 г. Содержание

---

Свойства лазерного излучения

В настоящее время лазеры перекрывают диапазон от ультрафиолета до субмиллиметровых волн, достигнуты первые успехи в создании рентгеновских лазеров, созданы перестраиваемые по частоте лазеры. Мощность лазерного излучения в непрерывном режиме может быть порядка 10⁵-10⁶ Вт, в импульсном - до 10¹²-10¹³ Вт, при этом удается достичь интенсивностей порядка 10¹²-10¹⁶ Вт/cм². Существенно, что эти мощности могут быть сконцентрированы в чрезвычайно узких спектральных и временных интервалах. Длительность импульса излучения в лазерах, работающих в режиме синхронизации мод, может составлять 10^-12-10^-13 с и специальными методами доводиться до 10^-15 с (за это время свет проходит всего 3*10^-5 см), то есть лазеры обладают удивительно высокой степенью концентрации энергии во времени. Монохроматичность лазерного излучения, определяемая как ( - ширина линии генерации, - ее центральная частота), при работе лазера на одной частоте и в непрерывном режиме в принципе ограничена шумами [Советская энциклопедия, 1969, Тарасов Л.В., 1981]. Используя специальные методы стабилизации, удается получить относительную стабильность частоты [Брюннер В., Юнге К., 1991]. В случае лазера, работающего в многомодовом режиме, монохроматичность связана с числом генерируемых мод и может составлять несколько гигагерц. В импульсном режиме работы минимальная ширина линии ограничена величиной, обратной длительности импульса. Высокая степень монохроматичности лазерного излучения определяет высокую спектральную плотность энергии - высокую степень концентрации световой энергии в очень малом спектральном интервале. Высокая монохроматичность облегчает фокусировку лазерного излучения, поскольку при этом хроматическая аберрация линзы становится несущественной. Когерентность. Лазеры обладают чрезвычайно высокой по сравнению с другими источниками света степенью когерентности излучения, временной и пространственной. Напомним, что временная когерентность определяется временем t_k, в течение которого излучение, испущенное из одной точки источника (или приходящие в данную точку пространства), остается когерентным (скажем, дает интерференционную картину в интерферометре Майкельсона). Пространственная когерентность определяется как когерентность излучения, испущенного из разных, находящихся на некотором расстоянии друг от друга точек источника, и может быть определена по контрасту интерференционных полос в известном опыте Юнга с двумя щелями. При работе лазера в одномодовом режиме достигается полная пространственная когерентность, что определяет высокую направленность лазерного излучения и делает возможным его фокусировку в пятно чрезвычайно малых размеров (порядка длины волны). Временная когерентность, связанная с монохроматичностью (время когерентности ), оказывается тоже очень высокой. Так, для непрерывно работающего лазера на He-Ne в одночастотном режиме при и длина когерентности l_k = t_kc (с - скорость света) составляет 3*10⁷ см (300 км), в то время как для нелазерных источников света (например, натриевая лампа) t_k = 10 c (l_k = 3 см). Таким образом, с использованием лазеров можно наблюдать интерференционную картину даже при разности хода лучей в несколько километров. Направленность лазерного излучения во многом определяется тем, что в открытом резонаторе могут возбуждаться только такие волны, которые направлены по оси резонатора или под очень малыми углами к ней. При высокой степени пространственной когерентности угол расходимости лазерного луча может быть сделан близким к пределу, определяемому дифракцией. Типичные значения составляют: для газовых лазеров (0,5-5)*10^-3 радиан, у твердотельных (2-20)*10^-3 радиан, у полупроводниковых (5-50)*10^-2 радиан [Брюннер В., Юнге К., 1991]. Яркость. Благодаря высокой направленности лазерные источники света обладают очень высокой яркостью, из-за чего на мишени можно получить очень большую интенсивность света. Так, гелий-неоновый лазер с мощностью всего 10 мВт и расходимостью излучения 3*10^-4 радиан при площади пучка 0,1 см² имеет яркость 10⁶ Вт/(см²*стерадиан), что во много раз превышает яркость Солнца (130 Вт/(см² стерадиан)). (Отсюда выражение, что лазер ярче тысячи солнц.) Перечисленные выше свойства делают лазеры уникальными источниками света и определяют возможность их многочисленных применений.

Назад | Вперед

Публикации с ключевыми словами: лазер - квантовый усилитель - квантовый генератор - когерентность - инверсная населенность - мазер - спонтанное излучение - вынужденное излучение - накачка - оптический резонатор - мода колебаний Публикации со словами: лазер - квантовый усилитель - квантовый генератор - когерентность - инверсная населенность - мазер - спонтанное излучение - вынужденное излучение - накачка - оптический резонатор - мода колебаний

См. также: Лучи лазеров помогают успокоить атмосферу Лазер бьет в центр Галактики Атака лазерной опорной звезды Туманность с лазерными лучами Четыре лазера над Мауна Кеа Папа усмиряет Омикрон Кита Лазерный выстрел в центр Галактики Все публикации на ту же тему >>