Файл: Рэди, Дж. Действие мощного лазерного излучения.pdf

вить в виде так называемой кривой «D — lg Е», которая представ­ ляет собой зависимость оптической плотности экспонированной пленки от логарифма экспозиции, выраженной в относительных единицах. Типичная характеристическая кривая показана на фиг. 2.5. В некоторой области экспозиций кривая хороню аппро­ ксимируется прямой линией. Чем длиннее прямолинейный участок,

Десятичный логарифм экспозиции

ФИГ . 2.5.

Характеристические кривые для пластинок и пленок типа Kodak, № 3, пред­ назначенных для спектрального анализа.

Выдержка 1 с, освещение осуществляется вольфрамовой лампой, обработка производится в проявителе D-19 [44].

тем больше динамический диапазон фотопленки. Для фотографиро­ вания лазерного излучения, интенсивность которого может лежать в широком диапазоне, желательно иметь пленки с большим дина­ мическим диапазоном. Наклон прямолинейного участка кривой называют гаммой. Форма кривой и величина гаммы зависят от характеристик пленки и способа проявления. Характеристи­ ческие кривые пленок сообщаются изготовителем и могут быть использованы в области экспозиций, для которой предназначена пленка. Для получения наилучших результатов следует рабо­ тать при экспозициях, попадающих на линейный участок харак­ теристической кривой.

Спектральная чувствительность различных типов пленок, выпускаемых промышленностью, показана на фиг. 2.6. Пленки, чувствительные к излучению с длиной волны больше 0,9 мкм,

перед употреблением необходимо дополнительно сенсибилизи­ ровать путем промывания в разбавленном растворе аммиака. Пленка типа Z пригодна для регистрации лпний излучения неко­ торых лазеров, например линии излучения неодимового лазера ■с длиной волны 1,06 мкм и линии излучения гелий-неонового лазера с длиной волны 1,15 мкм. Особый интерес представляют

Z

М

N

U

F

Е

D

G

GH

J 0

3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000

О

Длина волны, А

ШШЯ -1

У7777Л -г

ФИГ. 2.6.

<Сводка классов спектральной чувствительности различных эмульсий фирмы

Kodak [44].

1 — спектральный диапазон наибольшей чувствительности материала; 2 — спектральный диапазон, в котором материал обладает чувствительностью.

пленки типа U, которые чувствительны к излучению рубинового лазера и имеют относительно малую чувствительность к случай­ ному световому фону в зеленой области спектра. Разработаны фотографические пленки с широким динамическим диапазоном (тип XR) [45]. Расширение диапазона достигается за счет исполь­ зования трехслойного эмульсионного покрытия на общей основе. Каждый из слоев предназначен для определенного диапазона экспозиций. Пленка может одновременно регистрировать интен­ сивности, различающиеся в 108 раз. (Для большинства обычных пленок это отиошенпе равно 100 или даже еще меньше.)

Для фотографирования лазерных лучей необходимо выбрать пленку с подходящей спектральной чувствительностью, прибли­ зительно определить величину интенсивности излучения, направ­ ляемого на нее, и ослабить луч до такого уровня, чтобы экспози­ ция лежала на линейном участке характеристической кривой.

Фотографирование короткого и очень мощного импульса излу­ чения лазеров с модулированной добротностью является сложной задачей. В этом случае пленку легко переэкспонировать, а в неко­ торых случаях даже может произойти ее повреждение. Однако, принимая соответствующие меры, можно непосредственно фото­ графировать выходное излучение мощных лазеров с модулирован­ ной добротностью.

Другой проблемой, возникающей при фотографировании очень мощного излучения, является нарушение так называемого закона взаимности. На фиг. 2.5 показаны зависимости оптической плот-

Ф И Г. 2,7.

Характеристические кривые, демонстрирующие нарушение закона взаимно­ сти в случае коротких лазерных импульсов.

Спектроскопические пластинки былп проявлены в проявителе D-19 в течение б1/, мни при температуре 20° С. А — обычный рубиновый лазер, выдержка 0,25 мс; Б — лазер с моду­ лированной добротностью, выдержка 15 нс; В — кварцевая полная лампа с фильтром, пропускающим излучение с длиной волны рубинового лазера, выдержка 60 с [46].

ности от экспозиции. При мощности и времени экспозиции, изменяющихся в обычных пределах, безразлично, как поглощается энергия. Большая мощность при короткой экспозиции будет давать ту же оптическую плотность, что и малая мощность при более длинной экспозиции, если только энергия, приходящаяся на еди­ ницу площади, будет одной и той же. Это утверждение называют законом взаимности. Однако этот закон может оказаться неверным при экспонировании пленки лазерным излучением большой мощ­ ности. В одном из экспериментов [46] было обнаружено нарушение принципа взаимности для спектроскопических фотопластинок при регистрации излучения рубинового лазера с модулированной добротностью. На фиг. 2.7 показаны характеристические кривые,

соответствующие временам экспозиции 60 с (обычный источник), 15 нс (рубиновый лазер с модулированной добротностью) и 0,25 мс (обычный рубиновый лазер).

В последнее время появляются также фотопленки, разрабо­ танные специально для лазерных исследований [47, 48].

Многие исследователи используют фотографирование при изу­ чении лазерных эффектов, связанных с лазерным пробоем или испарением материала с поверхности твердого тела под действием лазерного излучения. Поскольку эти процессы являются быстропротекающими, возникает необходимость в специальной техникефотографирования. Для фотографирования процессов взаимо­ действия лазерного излучения с веществом были применены различные типы высокоскоростных камер. С помощью высоко­ скоростной камеры, предназначенной для покадровой съемки, за очень короткие промежутки времени можно получить сериюснимков. В такой камере используется несколько объективов, каждый из которых имеет затвор на основе ячейки Керра. Поскольку используется делитель луча, то на каждый объектив попадает свет от объекта, который должен быть сфотографирован. Процесс переключения ячеек Керра управляется с помощью вспомогательного источника энергии. Временной интервал между кадрами, а также длительность экспозиции могут быть порядка наносекунд.

Другой метод состоит в использовании скоростного фоторе­ гистратора. В такой камере пленка быстро движется мимо узкой щели, на которую проецируется часть изобра?кения фотографируе­ мого объекта. Временной ход интенсивности света разворачивается вдоль линии, совпадающей с направлением перемещения пленки и являющейся осью времени. К недостатку этого метода относится то, что изображение объекта одномерно. Описанная камера является ценным прибором для измерения быстро меняющейся интенсивно­ сти света, зависящей от одной пространственной координаты.

Другим типом камеры, широко используемым при изучении взаимодействия лазерного излучения с поверхностями, является электроннооптическая камера. Она содержит электронноопти­ ческий преобразователь, на катод которого фокусируется исходное изображение. Световая картина преобразуется на фотокатоде в электронное изображение. Последнее усиливается и передается на фотоанод, где снова преобразуется в оптическое изображение, которое можно сфотографировать. Прикладывая управляющее напряжение к отклоняющим пластинам, можно получать раз­ личные последовательности кадров. При соответствующей форме управляющего напряжения такая камера может работать как в режиме фоторегистратора, так и в режиме покадровой съемки. Время разрешения этой системы может лежать в интервале от нано­ секунд до миллисекунд.

при котором экспозиция пленки определяется длительностью выдержки, так и фотоэлектрический метод, основанный на переме­ щении небольшой диафрагмы, находящейся перед фотоэлементом, поперек луча. Измерение же профиля луча импульсного лазера большой мощности оказывается более сложной задачей. Для коли­

Недостатком этого метода является необходимость калибровки фотопленки. Существуют методы, в которых калибровка произ­ водится автоматически. В одном из них [50] фотографирование лазерного луча производится через многолинзовую систему,