Файл: Козелкин В.В. Основы инфракрасной техники учебник.pdf

150 Дж для рубинового ОКГ и 5—10 кДж для мощ­

Рис. 3.16. Генерационные характеристики ОК.Г:

По формулам (3.10) и (3.11) легко рассчитать энергию излу­ чения ОКГ, задавшись энергией накачки, определяемой типами лампы накачки. Например, ОКТ ГОР-ЮОМ (рубиновый ОКГ),

рп = 0,010(15 000—100) =0,010-14900 = 149 Дж.

Впаспорте на этот ОКГ указано, что выходная энергия генера­

тора не менее 100 Дж.

В ОКГ ГОС-Ю00 энергия накачки составляет 120 000 Дж. Подставив это значение и приняв Рп=1000 Дж, /?i= 0,01, полу­

90

ляет 1000 Дж. Мощность ОКГ, работающих в импульсном ре­ жиме, подсчитывается по известной формуле

где Р„ — энергия излучения в импульсе в Дж; т — длительность импульса в с.

Мощность Wu выражается в ваттах.

Например, мощность ОКГ ГОР-ЮОМ при т = 5-10~3 с составляет W n= - ■10^_з—20 кВт. Если этот генератор заставить работать

в режиме модулированной добротности, то при т = 10-10-9 с мож­

но получить W,, = ———= Ю10 Вт или десять тысяч мегаватт.*

"ю. 10-9

где Wcp — средняя мощность излучения.

Например, ОКГ ГОР-ЮОМ излучает импульсы с периодом

ции, связи), выбирают ОКГ с большой частотой посылок им­ пульсов излучения. Например, если взять ОКГ на стекле с энер­

За коэффициент полезного действия ОКГ принимается отно­

Если сравнить соотношения (3.15) с генерационными характе­ ристиками ОКГ, изображенными на рис. 3.16, то можно убедить-

* На практике такую мощность спять с генератора ГОР-ЮОМ не удается, так как стоящий в нем рубиновый стержень размером 16x240 мм не выдер­ жит энергии гигантских импульсов и разрушится. Кристалл рубина выдер­ живает в режиме модулированной добротности энергию всего 0,15 Дж/см3. При энергии в 100 Дж потребуется стержень, в 14 раз больший по объему установленного в ГОР-ЮОМ.

91

•ся, что к.п.д. оптического квантового генератора есть тангенс угла наклона этих характеристик к осп абсцисс. Величину рд =

туры рд около 3%. Однако полные значения коэффициента полезного действия ОКГ несколько отличаются от значений рд. На­ пример, у современных ОКГ на стекле р = 6ч-7% в режиме сво­ бодной генерации и около 3% в режиме модулированной доброт­

(р = 20%). Наиболее низкий к.п.д. у газовых ОКГ: к.п.д. гелпйпеоновых генераторов составляет всего I0-3—10-4%, у аргоновых генераторов р = 10~2%. Зная к.п.д. генератора и выбрав источник возбуждения, можно ориентировочно подсчитать по формуле (3.15) энергию или мощность излучения

(3. 16)

W„= W „.|

Для газовых ОКГ №'ср= р1Кп (3.16), где )Г„ — мощность источ­ ника питания. Если теперь сравнить формулы (3.10) и (3.11) с формулами (3.16), то можно убедиться, что коэффициенты кi и ко представляют собой дифференциальный к.п.д. г) д и полный к.п.д., если принять Ри = 0. Однако вычислять энергию излучения

что при отражении от зеркал обратно в активное вещество вхо­ дят только те волны, которые почти не отклоняются от оси ре­ зонатора. Эти волны, многократно отразившись от стенок резо­

92

натора, и испускаются генератором. Отсюда следует, что излуче­ ние будет узконаправленпым. Направленность излучения генератора можно охарактеризовать величиной угла расхожде­ ния луча 0. Наименьшее значение этого угла ограничивается только явлением дифракции н может иметь значение

Из формулы следует, что в инфракрасном диапазоне угол О может быть очень мал, так как размер d с помощью оптической системы может быть увеличен до весьма больших размеров, ог­ раничиваемых только точностью изготовления отдельных опти­ ческих деталей. Если, например, d= 1 см, то при волне Х= 10-4 см (1 мкм) 0 л; 1,22-10-4 рад, что составит угол всего в 24". В дей­ ствительных генераторах 0 = 1О_2ч-1О~3 рад, т. е. составляет угол порядка 1—10 тысячных или 3,6—362 Но даже и при этих рас­ ходимостях видно преимущество ОКТ. Например, самолетный радиолокатор с антенной в 1 м при л= 3 см может различить два самолета, летящие на удалении друг от друга в 100 м, только на расстоянии 3 км. Оптический локатор с использованием ОКТ с 9=36' сможет различить эти самолеты на расстоянии в 100 км.

3. Монохроматичность и когерентность излучения

Монохроматичность излучения ОКГ, т. е. способность генера­ тора излучать энергию на одной длине волны, в значительной степени зависит от размеров и качества изготовления резонатора. При длине резонатора / между его зеркалами могут возбуж­ даться только волны, длины которых целое число раз п уклады­ ваются на длине /. С учетом обратного хода волны это положе­ ние записывается в виде

Этим длинам волн будут соответствовать частоты колебаний

( 3. 20)

В § 3.1 отмечалось, что каждое вещество имеет свою спект­ ральную линию излучения Ах. Если ширина этой линии будет меньше разницы частот (v„—v„_i) двух собственных колебаний

93