Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Сивухин Д.В. -> "Общий курс физики. Том 4. Оптика " -> 314

Общий курс физики. Том 4. Оптика - Сивухин Д.В.

Сивухин Д.В. Общий курс физики. Том 4. Оптика — Оптика, 1980. — 752 c.
Скачать (прямая ссылка): obshkfopt1980.djvuСкачать (прямая ссылка): optika1980.djvu
Предыдущая << 1 .. 308 309 310 311 312 313 < 314 > 315 316 317 318 319 320 .. 331 >> Следующая


Рис. 350..

ЗАДАЧИ

1. Мощность рубинового лазера в импульсе равна W = 100 МВт. Площадь поперечного сечения рубинового стержня S = 1 см2. Оценить напряженность E электрического поля и давление света в лазерном пучке, считая его строго плоскопараллельным (X = 694,3 нм). Как изменятся эти величины, если пучок сфокусировать идеальной линзой с фокусным расстоянием f = 5 см?

Решение. Напряженность электрического поля E0 в несфокусированном пучке оценим по формуле 722 , _ лазеры И нелинейная оптика ггл xi

а давление излучения ^50 — по формуле Si0 = WI(cS), Таким путем находим

Еа ]/"F = j/"^- = 647 СГСЭ =1,94 • 105 В/см, яв 3,3 • IO4 дин/см2 «s 0,033 атм.

Для расчета соответствующих величин в фокусе можно пользоваться теми же формулами, вычислив предварительно ширину пучка, Для оценки будем считать, что весь свет концентрируется в пределах центрального светлого кружка с радиусом R — 0,61 fk/r и площадью

Jttf2 = JX (0,61 Д/л)2 = (0,61 nftyzjS,

где г — радиус поперечного сечения падающего пучка. Эту площадь и надо подставить в предыдущие формулы вместо 5, В результате получим

E ^ V& ^ ?0= 1,5 • IO3JE10 = 2,9 ¦ 108 B/cMj

Мтад)2^ = 2'25" 106^7'4- 101 а™-

Такое давление было бы, если бы пучок лазерного света фокусировался в вакууме, Если же он падает на вещество, то из-за большой концентрации энергии вблизи фокуса происходит практически мгновенное испарение вещества (с превращением его в плазму). С этим связано еще большее повышение давления.

2. Эффективной температурой Taф лазерного излучения называется такая температура абсолютно черного тела, при которой оно дает излучение той же удельной интенсивности Iv частоты V, что и лазер. Оценить эффективную температуру гелий-неонового лазера, генерирующего в непрерывном режиме свет с длиной волны X = 632,8 нм (v » 5- IOu Гц.) Ширина спектральной линии генерируемого света ov « IO4 Гц, расходимость светового пучка 60 « 1' ~ 3-Ю-4 рад, мощность излучения W=IO мВт.

Решение. Удельная интенсивность лазерного излучения Iv = W/(6v-6Q), где 6Q = (od)2 ~ 1(Н ср — телесный угол, определяющий расходимость светового пучка. По формуле Рэлея — Джинса

г _ 2^2 т

jV--' 9ф*

Приравнивая это предыдущему выражению, получим

r2W

Г . ~-_-J^lOls К

эф 2?v26v • Sfi

что примерно в IO11 раз превосходит температуру Солнца,

§ 122. Гелий-неоновый лазер

1. Энергетический спектр газов, во всяком случае при тех давлениях, которые применяются в рекламных трубках и лазерах, весьма точно совпадает с энергетическим спектром изолированных атомов и молекул, из которых состоит газ. Поэтому спектральные линии газов более узкие, чем линии примесей в твердых телах. Газы отличаются высокой оптической однородностью и малой плотностью, а поэтому слабо рассеивают и искажают волны, распространяющиеся в них. Все это позволяет использовать в газовых лазерах большие расстояния между зеркалами и получать острую направ- § 122)

ГЕЛИЙ-НЕОНОВЫЙ ЛАЗЕР

723

ленность, высокую монохроматичность и стабильность частоты излучения. Так, в гелий-неоновом лазере реально получаемая расходимость пучка лучей обычно составляет 1—2', а в лучших случаях достигает теоретического предела 6# KfD ~ 20". Относительная ширина спектральной линии в излучении такого лазера SWto ~ Ю-11—IO"12, а сама частота со в оптимальных условиях поддерживается с относительной точностью ^ 10"14 (хотя в обычных условиях относительная точность не выше IO"10).

Однако при малой плотности газов в них нельзя получить столь же большие концентрации возбужденных атомов, а потому и столь же большие импульсные мощности излучения, как в твердых телах. Так, выходная мощность гелий-неонового лазера в непрерывном режиме обычно составляет от десяти до нескольких сот милливат. Однако, ввиду высокой монохроматичности и направленности излучения, эта величина все ке громадна по сравнению с тем, что могут дать тепловые источники света. Она соответствует эффективной температуре излучения, превышающей температуру Солнца примерно в IOu—IO12 раз (см. задачу 2 к предыдущему параграфу). Впрочем, в непрерывном режиме инфракрасный лазер на CO2 может генерировать до 10 кВт, а ионный аргоновый лазер в видимой области—до --¦Л кВт. В импульсном режиме мощность этих лазеров может составлять несколько сот киловатт.

2. Первым газовым лазером был гелий-неоновый лазер, созданный в конце 1960 г. Джаваном (р. 1926), Беннетом (р.' 1903) и Эр-риотом. Принципиальная схема гелий-неонового лазера в ее современном виде приведена на рис. 351. Лазер состоит из газоразрядной

трубки T длиной от нескольких десятков см до 1,5—2 м и внутренним диаметром 7—10 мм. Трубка наполнена смесью гелия (давление мм рт. ст.) и неона (давление ^0,1 мм рт. ст.). Концы трубки закрыты плоскопараллельными стеклянными или кварцевыми пластинками P1 и P2, установленными под углом Брюстера к ее оси. Это создает линейную поляризацию лазерного излечения с электрическим вектором, параллельным плоскости падения. Зеркала S1 и S2, между которыми помещается трубка, делаются обычно сферическими с многослойными диэлектрическими покрытиями. Они имеют высокие коэффициенты отражения и практически не поглощают свет. Пропускаемость зеркала, через которое пре-
Предыдущая << 1 .. 308 309 310 311 312 313 < 314 > 315 316 317 318 319 320 .. 331 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed