ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.10.2024
Просмотров: 107
Скачиваний: 0
ТАБЛИЦА 1.4
.Лазеры для мощного воздействия
|
Режим |
Мощ |
Длитель |
Частота |
|
|
Лазер |
повторе |
Примечания |
||||
генерации |
ность, |
ность |
ния им |
|||
|
|
Вт |
импульса |
пульсов |
|
|
Рубиновый |
Миллисекунд |
2-106 |
0,2— |
Низкая |
До 100 Дж в им |
|
|
ный импульс |
пиковая |
10 мс |
|
пульсе, |
относи |
|
|
|
|
|
тельно |
дорого |
|
|
|
|
|
стоящий |
|
Рубиновый |
Наносекунд- |
109 |
5—30 нс |
Низкая |
Сравнительно |
|
|
ный импульс |
пиковая |
|
|
дорогостоящий |
|
Рубиновый |
Пикосекунд |
Высокая |
10 нс |
Низкая |
Дорогостоящий |
|
|
ный импульс |
|
|
|
|
|
•Стекло с Nd |
Миллисекунд |
-1 0 8 |
|
ный импульс |
пиковая |
Стекло с Nd |
Наносекунд- |
До 4*109 |
|
ный импульс |
пиковая |
Стекло с Nd |
Пикосекунд |
До 10^ |
|
ный импульс |
пиковая |
0,5— |
Низкая |
До |
5000 Дж в |
10 мс |
|
импульсе, срав |
|
|
|
нительно доро |
|
|
|
гостоящий |
|
6—50 нс |
Низкая |
С усилением — |
|
|
|
наиболее высо |
|
|
|
кие |
мощности, |
|
|
дорогостоящий |
|
10 пс |
Низкая |
С |
высокими |
|
|
уровнями мощ |
|
ности —очень дорогостоящий
Nd-ИАГ |
Непрерывный |
До 250 |
— |
— |
Компактный |
|
Nd-ИАГ |
Периодиче |
№ |
200 нс |
До 5000 |
Компактный, |
|
|
ские импульсы пиковая, |
|
имп/с |
может |
быть |
|
|
при непрерыв |
10 |
|
|
экономичным |
|
|
ной накачке |
средняя |
|
|
|
|
|
и модуляции |
|
|
|
|
|
|
добротности |
|
|
|
|
|
ft о to
СО2
С02
Непрерывный |
10-5000 |
|
Мощные |
систе |
|
|
|
мы имеют боль |
|
|
105 |
|
шие размеры |
|
Периодический |
1 0 - |
100 имп/с Может |
быть |
|
импульсный |
пиковая, |
100 мкс |
экономичным |
|
|
100 |
|
|
|
|
средняя |
|
|
|
Периодический |
-1 0 5 |
200 нс |
400 имп/с Может |
быть |
импульсный |
пиковая, |
|
экономичным |
|
с модуляцией |
1,5 |
|
|
|
добротности |
средняя |
|
|
|
ГЛАВА 1 |
44- |
деыь наибольшей долговечностью и наилучшей экономичностьюобладают лазеры на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом и лазеры на С02. Они наиболее подробно изучаются с точки зре ния практического применения действия мощного лазерного излу чения, которое мы обсудим в гл. 8.
ЛИТЕРАТУРА
1.Appl. Opt., October, 1966.
2.Proc. IEEE, January, 1963.
3.Proc. IEEE, October, 1966.
4. IEEE Journ. Quantum Electron., September, 1966.
5.IEEE Journ. Quantum Electron., October, 1966.
6.IEEE Journ. Quantum Electron., October, 1968.
7.IEEE Journ. Quantum Electron., November, 1968.
8.«Physics of Quantum Electronics», Lax B., ed., McGraw-Hill, New York, 1966.
9.Proc. Quantum Electron. Conf., 3rd, Grivet P., Bloembergen N., eds.r Columbia Univ. Press, New York, 1964.
10.Proc. Symp. Opt. Masers, Fox J., ed., Polytechnic Press, Brooklyn, 1963,
11.Patek K., Lasers, CRC Press, Cleveland, 1967.
12.Garrett C. G. В ., Gas Lasers, McGraw-Hill, New York, 1967.
13.Bloom A. L., Gas Lasers, Wiley, New York, 1968.
14.Birnbaum G., Optical Masers, Advances in Electronics and Electron Physics,
Marton L., ed., Suppl. 2, Academic Press, New York, 1964 (см. перевод:
Д. Бирнваум, Оптические квантовые генераторы, нзд-во «Советское
радио», 1967).
15. Lengyel В. А ., Introduction to Laser Physics, Wiley, New York, 1966.
16.Lasers-А Series of Advances, Levine A. K., ed., Vol. I, Vol. II. Dekker, New York, 1966, 1968.
17.Smith W. P., Sorokin P. P., The Laser, McGraw-Hill, New York, 1966.
18.Advances in Quantum Electronics, Singer J. R., ed., Columbia Univ. Press, New York, 1961.
19.Chang W. S. C., Principles of Quantum Electronics, Wiley, New York, 1969.
20.Yariv A ., Quantum Electronics, Wiley, New York, 1966.
21.Tomiyasu K., The Laser Literature: An Annotated Guide, Plenum Press,
New York, 1968.
22.Ross D., Lasers: Light Amplifiers and Oscillators, Academic Press, New
York, 1969.
23.Born M., Wolf E., Principles of Optics, Ch. 10, Macmillan (Pergamon), New York, 1964 (см. перевод: M. Борн, 9. Вольф, Основы оптики, гл. 10,
изд-во «Наука», 1970).
24.Ghen D., Ready J, F., Bull. Amer. Phys. Soc., 11, 454 (1966).
25.Nelson D. F., Collins R. J., Journ. Appl. Phys., 32, 739 (1961).
26.Галанин M. Д ., Леонтович A. M ., Чижикова 3. А ., ЖЭТФ, 16, 249 (1962).
27.Berkley D. A ., Wolga G. / . , Phys. Rev. Lett., 9, 479 (1962).
28.Berkley D. A ., Wolga G. J., Journ. Appl. Phys., 38, 3231 (1967),
29.Dunsmuir R., Journ. Electron. Control, 10, 453 (1961).
30.Statz H. et al., Advances in Quantum Electronics, Singer J. R., ed., p. 342,
Columbia Univ. Press, New York, 1961.
31. Sorokin P. P. et al., Phys. Rev., 127, 503 (1962).
32.Birnbaum M., Stocker T., Welles S. / . , Proc. IEEE, 51, 854 (1963).
33.Hellwarth R. W., Advances in Quantum Electronics, Singer J. R., ed.,
p. 334, Columbia Univ. Press, New York, 1961. _ ___
34.McClung F. J., Hellwarth R. W .’, Proc. IEEE, 51, 46 (1963).
СВОЙСТВА Л А ЗЕ Р О В |
45 |
35. Patel С. К. N., Phys. Rev. Lett., 16, 613 (1966).
36.Mocker Л. W., Collins П. J., Appl. Pliys. Lett., 7, 270 (1965).
37.DeMaria A . J., Stetser D. A ., Heynau H. A., Appl. Phys. Lett., 8, 174
(1966) .
38.DeMaria A . J., ei al., Proc. IEEE, 57, 2 (1969).
39.Duguay M. A ., Shapiro S. L., Rentzepis P. M., Phys. Rev. Lett., 19, 1014
(1967) .
40.Mack M. E., IEEE Journ. Quantum Electron., QE-4, 1015 (1968).
41. Басов И. Г. и dp., IEEE Journ. Quantum Electron., QE-4, 864
(1968) .
42.Laser Focus, p. 24, April, 1969.
43.Fox A . G., Li T., Bell Syst. Tech. Journ., 40, 453 (1961).
44.Boyd G. D., Gordon J. P., Bell Syst. Tech. Journ., 40, 489 (1961).
45.Boyd G. D., Kogelnik II., Bell Syst. Tech. Journ. 41, 1347 (1962).
46.Ramo S., Whinnery J. R., Fields and Waves in Modern Radio, Wiley,
New York, 1953.
47.Kogelnik II., Rigrod W. W., Proc. IRE, 50, 220 (1962).
48.Evtuhov V., Neeland J. K., Appl. Opt., 1, 517 (1962).
49.Stickley С. M ., Appl. Opt., 3, 967 (1964).
50.Bradley D. J. et al., Appl. Phys. Lett., 9, 150 (1966).
51.Levine L. P. et al., Journ. Appl. Phys., 38, 331 (1967).
52.Dayhoff E. S., Kessler B., Appl. Opt., 1, 339 (1962).
53.Dayhoff E. S., Proc. IRE, 50, 1684 (1962).
54.Ready J. F., Appl. Opt., 2, 151 (1963).
55.Коровкин В. В. и др., Письма в ЖЭТФ, 3, 194 (1966).
56.Gibbs W. Е. К., Whitcher R. Е., Appl. Opt., 6, 1957 (1967).
57.Baker J. A ., Peters C. W., Appl. Opt. 1, 674 (1962).
5S. |
Skinner J. G., Geusic J. E., |
в кнлге Quantum Electron. Proc. Int. Congr., |
||||||
|
3rd, Paris, 1963, Grivet P. Bloembergen N., eds., Vol. II, p. 1437. Colum |
|||||||
59. |
bia Univ. Press, New York, 1964. |
|
|
|
|
|
|
|
Hercher M., Appl. Phys. Lett., 7, 39 (1965). |
|
|
|
|
||||
■60. |
Magyar G., Rev. Sci. Instr., 38, 517 (1967). |
|
|
|
94 |
|||
•61. McClung F. J., Weiner D., IEEE |
Journ. Quantum Electron., QE-1, |
|||||||
|
(1965). |
|
|
|
|
|
|
|
■62. Hagen W. F., Journ. Appl. Phys., 40, 511 (1969). |
|
No. 2, |
August |
|||||
•63. Bloom A . L., Spectra-Physics Laser |
Technical Bulletin, |
|||||||
|
1963. |
|
|
|
1968. |
|
|
|
•64. Bloom A . L., Gas Lasers, Ch. 4, Wiley, New York, |
|
|
|
|||||
65. |
YarivA ., Gordon J. P., Proc. IEEE, 51, 4 (1963). |
|
|
|
|
|||
■66. InnesD. J., Bloom A. L., Spectra-Physics Laser Technical Bulletin, No. 5, |
||||||||
|
August 1966. |
|
|
|
|
|
|
|
•67. Koechner W., Laser Focus, p. 29, September, 1969. |
|
|
|
|
||||
68. |
Chester R. B., Geusic J. E., |
Karr M. A ., IEEE Journ. Quantum Electron, |
||||||
|
QE-5, 345 (1969). |
G., Pennsylvania State University Seminar on |
||||||
•69. Portnow S., Frederick W. |
||||||||
|
New Industrial Technology — Laser Applications in Machining and Weld |
|||||||
'70. |
ing, July 7—9, 1969. |
Foster |
J. |
D., Appl. |
Phys. |
Lett., |
15, |
91 |
Tiffany W. B., Targ R., |
||||||||
|
(1969) . |
|
|
|
|
|
|
|
71.Laser Focus, p. 14, February 1970.
72.Physics Today, p. 55, July 1970.
73*.Райзер IO. Л ., УФН, 87, № 1, 29 (1965).
'74*.Действие лазерного излучения, сб. статей под ред. 10. П. Райзера, изд-во «Мир», 1968.
75*.Laser Applications in Plasma Physics, IAEA, Vienna, 1969.
16*.Анисимов С. И., Имае Я. А ., Романов Г. С., Xodbino 10. В., Действие
излучения большой мощности на металлы, изд-во «Наука», 1970. '77*.De Michelis С., IEEE Journ. Quant. Electr., 6, 630 (1970).
ГЛАВА 1 |
46 |
78*.Физический энциклопедический словарь, изд-во «Советская энциклопе дия», 1960, т. 1, стр. 647.
79*.Вайнштейн Л. А., Открытые резонаторы и открытые волноводы, изд-во-
«Советское радио», 1966.
80*.Биткин 9. И ., Кандидатская диссертация, ИФ АН БССР, Минск, 1968. 81*.Lotsch II. К., Optilc, 28, 65 (1968); 28, 328, 555 (1969); 29, 130, 622 (1969). 82*.Kogelnik Н., в кппге Lasers-А series ol Advances, ed. by Levine, No. 4,
1966.
83*.Ананьев 10. А., УФН, 103, № 4, 705 (1971).
84*.Белостоцкий Б. P., Любавский 10. В., Овчинников В. М ., Основы лазер
ной техники, Твердотельные ОКГ, изд-во «Советское радио», 1972.
85*.Ванюков М. 77., Крыжановский В. II., Серебряков В. А., Сизов В. В .,
Стариков А. Д ., Оптико-механическая промышленность, № 12, стр. 31
(1972).
Г л а в а 2, МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
§1 . ВВЕДЕНИЕ
Вэтой главе будут рассмотрены методы измерения мощ ности и энергии лазерного луна и описаны обычно применяемыедля этого приемники. Будет дан не подробный обзор всей пробле мы регистрации излучения, а скорее краткая сводка методов изме рений, используемых в лазерных исследованиях (более полный обзор приведен в [1]). Обсуждаемый вопрос имеет важное значениепри экспериментальном изучении и практическом применении лазерного излучения. Действие лазерного излучения сильно зави сит от его мощности и энергии. Для исследования процессов воздей ствия необходимо тщательное измерение таких параметров, как мощность и энергия луча, длительность импульса, расходимость
ипространственное распределение энергии в луче.
Вначале мы опишем способы измерения мощности лазерногоизлучения с помощью таких фотоприемников, как фотоэлементы, фотоумножители, приемники на основе фотопроводимости и полу проводниковые диоды. Затем мы обсудим способы измерения пол ной энергии луча с помощью калориметров, а также методы калиб ровки фотоприемников. Изложение включает в себя описание мето дов визуализации лазерного луча (при этом отдельно рассмотрен случай лазеров, работающих в далекой инфракрасной области), а также описание фотографической техники и способов измерения пространственного профиля луча. В заключение будут рассмотре ны особые методы измерений, используемые в случае лазерных импульсов пикосекундной длительности. Основное внимание будет уделено методам, которые применяются для измерения основных параметров лазерных лучей, используемых при исследовании вза имодействия излучения с веществом. Что же касается деталей, экспериментальных установок, предназначенных для изучения самого взаимодействия, то они в большинстве случаев нестандарт ны и будут описаны в последующих главах.
§ 2. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ
Выходную мощность лазеров чаще всего измеряют с по мощью фотоэлектрических приемников. В ультрафиолетовой, види мой и ближней инфракрасной областях спектра для этого исполь
ГЛ А В А 2 |
48 |
зуют фотоумножители и однокаскадные вакуумные фотоэмиссионные приемники. В инфракрасной области спектра при длине волны излучения больше 1 мкм применяют инфракрасные приемники,
.действие которых основано на явлении фотопроводимости, посколь ку в этой области спектра чувствительность имеющихся фотоэмиссионных покрытий низка. Относительно этих приемников и их ис пользования имеются подробные сведения [1].
В случае импульсных лазеров электрический сигнал с фотоумно жителя можно регистрировать прп помощи осциллографа. Этот метод наиболее удобен для определения формы импульса. Запись формы импульса (даже для коротких импульсов) можно осущест вить, фотографируя изображение на экране осциллографа. Поскольку длительность импульсов, генерируемых в режиме с мо дуляцией добротностп, очень мала, для устранения искажений в форме импульса следует использовать приемники и соединитель ные цепп с малой постоянной времени.
Количественные измерения мощности лазера достаточно слож ны [2]. Интенсивное лазерное излучение приводит к насыщению выходного сигнала приемников, поэтому для уменьшения интен сивности излучения, попадающего на приемник, используют поглощающие фильтры. Ослабление луча фильтрами в 1010 раз явля ется на практике обычным при регистрации выходного излучения рубинового лазера с помощью фотоумножителя. Применение фильт ров обеспечивает работу приемников в линейном режиме, препят ствуя их насыщению, и уменьшает интенсивность попадающего на приемник фонового излучения. Фильтры необходимо калибро вать на длине волны лазерного излучения [3]. Так как при больших уровнях излучения фильтры могут насыщаться, калибровку сле дует проводить при тех же уровнях мощности, что и в условиях эксперимента. Более подробно об ослабителях будет сказано ниже.
Качество фотоприемника характеризуется определенными пара метрами. К этим параметрам относятся: чувствительность при емника, т. е. величина сигнала с приемника на единицу мощности попадающего в приемник излучения, шумовая и спектральная характеристики. Обычно при изготовлении фотоприемника ука зывают типичные величины его параметров. Поэтому в исследовани ях, требующих особой точности, прежде чем использовать фото приемники, их необходимо калибровать. Спектральная характе ристика фотоприемника обычно бывает известна.
Шумовые характеристики обычно несущественны, если прием ник предназначен для регистрации интенсивного лазерного излу чения. В этом случае сигнал приемника намного больше, чем уровень его собственных шумов, которые проявляются в мень шей степени, чем при слабых сигналах. Тем не менее следует более подробно рассмотреть некоторые из характеристик инфракрасных ■фотоприемников, поскольку именно они позволяют судить об