Створення бази даних оптичних лазерів

Лазери також здатні створювати пучки світла з дуже малим кутом розбіжності. Як правило, це значення досягає 10 -5 радий. Це означає, що на Місяці такий пучок, посланий з Землі, дасть пляма діаметром близько 3 км. Це є проявом концентрації енергії лазерного променя в просторі і у напрямку розповсюдження.

 

 

Для деяких квантових генераторів характерна надзвичайно висока ступінь монохроматичности їх випромінювання. Будь-який потік електромагнітних хвиль завжди має набір частот. Випромінювання і поглинання атомної системи характеризується не тільки частотою, але і деякою невизначеністю цієї величини, званої шириною спектральної лінії (або смуги). Абсолютно монохроматичного одноколірного потоку створити не можна, однак, набір частот лазерного випромінювання надзвичайно вузький, що і визначає його дуже високу монохроматичность.

Потрібно відзначити, що лінії лазерного випромінювання мають складну структуру і складаються з великого числа надзвичайно вузьких ліній. Застосовуючи відповідні оптичні резонатори, можна виділити і стабілізувати окремі лінії цієї структури, створивши тим самим одночастотний лазер. [8]

Потужність лазера. Лазери є найбільш потужними джерелами світлового випромінювання. У вузькому інтервалі спектра короткочасно (протягом проміжку часу, тривалістю порядку 10 -13 с.) У деяких типів лазерів досягається потужність випромінювання порядку 10 17 Вт / см 2, у той час як потужність випромінювання Сонця дорівнює лише 7 * 10 3 Вт / см 2, причому сумарно по всьому спектру. На вузький ж інтервал l = 10 -6 см (це ширина спектральної лінії лазера) припадає у Сонця всього лише 0, 2 Вт / см 2. Якщо завдання полягає в подоланні порогу в 10 17 Вт / см 2, то вдаються до різних методів підвищення потужності. Для підвищення потужності випромінювання необхідно збільшити число атомів, що беруть участь у посиленні світлового потоку за рахунок індукованого випромінювання, і зменшити тривалість імпульсу.

Метод модульованої добротності. Щоб збільшити число атомів, що беруть участь майже одночасно в посиленні світлового потоку, необхідно затримати початок генерації, щоб накопичити якомога більше збуджених атомів, що створюють інверсну заселеність, для чого треба підняти поріг генерації лазера і зменшити добротність. Порогом генерації називають граничне число атомів, здатних перебувати у збудженому стані. Це можна зробити за допомогою збільшення втрат світлового потоку. Наприклад, можна порушити паралельність дзеркал, що різко зменшить добротність системи. Якщо при такій ситуації почати накачування, то навіть при значній інверсії заселеності рівнів генерація не починається, оскільки поріг генерації високий. Поворот дзеркала до паралельного іншому дзеркала положення підвищує добротність системи і тим самим знижує поріг генерації. Коли добротність системи забезпечить початок генерації, інверсна заселеність рівнів буде досить значною. Тому потужність випромінювання лазера сильно збільшується. Такий спосіб управління генерацією лазера називається методом модульованим добротності.

Тривалість імпульсу випромінювання залежить від того, протягом якого часу внаслідок випромінювання інверсна заселеність зміниться настільки, що система вийде з умови генерації. Тривалість залежить від багатьох чинників, але зазвичай складає 10 -7 -10 -8 с. Дуже поширене модулювання добротності за допомогою обертової призми. При певному положенні вона забезпечує повне відображення падаючого уздовж осі резонатора променя в зворотному напрямку. Частота обертання призми становить десятки або сотні герц. Імпульси лазерного випромінювання мають таку ж частоту.

Більш часте повторення імпульсів може бути досягнуто модуляцією добротності з допомогою осередку Керра (швидкодіючий модулятор світла). Осередок Керра і поляризатор поміщають в резонатор. Поляризатор забезпечує генерацію лише випромінювання певної поляризації, а осередок Керра орієнтована так, щоб при накладенні на неї напруги не проходило світло з цією поляризацією. При накачуванні лазера напругу з осередку Керра знімається в такий момент часу, щоб почалася при цьому генерація була найбільш сильною. Для кращого розуміння цього методу можна провести аналогію з відомим зі шкільного курсу фізики досвідом з турмаліном. Є також і інші способи введення втрат, що призводять до відповідних методів модуляції добротності.

 

 

Стосовно до лазерним технологіям використовується термін гігантський імпульс. Таким називають імпульс, що володіє дуже великою енергією при надмалій тривалості. Сама по собі ідея створення гігантського імпульсу проста при використанні оптичного затвора – спеціального пристрою, який за сигналом може переходити з відкритого стану в закрите і навпаки. У відкритому стані затвор пропускає через себе лазерне випромінювання, в закритому – поглинає або відхиляє його в інший бік. При створенні гігантського імпульсу затвор переводять в закритий стан ще до того, як почнеться висвічування енергії накачування. Потім, у міру поглинання енергії активні центри (атоми, які беруть участь у генерації) переходять в масовому порядку на довгоживучий верхній рівень. Генерація в лазері поки не здійснюється, адже затвор закритий. У результаті на аналізованому рівні накопичується надзвичайно велике число активних центрів – створюється дуже сильна інверсна заселеність рівнів. У певний момент затвор перемикають у