Монохроматичность

Параметры лазерного излучения

Особенности лазерного излучения. Фокусировка лазерного излучения

Пригодность лазеров для обработки и анализа материалов определяется уникальными свойствами лазерного излучения, имеющего весьма выраженные преимущества перед свойствами излучения обычных источников. Хотя для конкретных приложений существенны не все свойства лазерного излучения, во всех случаях преимущества лазерной обработки определяются одним или несколькими из перечисленных свойств:

-монохроматичность;

-форма луча;

-расходимость луча;

-фокусировка лазерного излучения.

Указанные свойства влияют на практическое использование лазерного света, определяя возможную степень его фокусировки в малое пятно и воздействия на расстоянии. Они также определяют интервал длин волн излучения лазерного источника, т.е. ширину лазерной линии. Это имеет фундаментальное значение в спектроскопических и фотохимических приложениях.

Ширина лазерной линии определяется естественной шириной лазерного перехода и наличием набора продольных резонаторных мод. Последние возникают вследствие квантования длины волны λ_n стоячих электромагнитных волн в лазерном резонаторе, согласно формуле где L — длина резонатора, п — целое число. Модовый спектр излучения состоит из последовательности острых резонансов на частотах где с — скорость света. Интервал частот между модами Δυ=c/2L. Для метрового резонатора он составляет Δυ=0.15 ГГц.

	Рис.1. Соотношение между контуром линии флюоресценции. Частотным спектром продольных резонаторных мод и усреднённым по времени спектром выходной интенсивности лазера.

На рис.1 показан результат свертки продольных резонаторных мод функцией контура линии флюоресценции в случае, когда в пределах контура находится много резонаторных мод. Генерация может происходить на любой из резонаторных мод внутри линии флюоресценции. Вследствие этого длина волны лазерного излучения меняется скачками в пределах линии флюоресценции. Работу на одной частоте можно обеспечить, помещая внутрь резонатора селективный элемент, выделяющий одну из частот (например, эталон), с настройкой этого элемента на резонансную моду в пределах контура линии флюоресценции. Перестраиваемость одночастотного лазера достигается изменением частоты эталона внутри профиля усиления линии излучения.

Очевидно, что, за исключением CО₂-лазеров непрерывного действия низкого давления и малой длины, для всех лазеров возможен многочастотный режим, поскольку лазерный профиль усиления содержит много резонаторных мод. Вследствие этого эффективная ширина линии на выходе лазера сопоставима с шириной линии флюоресценции и может быть значительно больше ширины линии отдельной резонаторной моды.

Стабилизация частоты для получения одночастотного режима может осуществляться жестким контролем комбинации механических и электрических параметров, влияющих на лазерный режим. Так как основным условием устойчивой работы является сохранение длины резонатора, особое внимание следует уделять механической стабильности и изоляции лазерного блока от вибраций. Смещение можно скорректировать, прикрепляя одно из резонаторных зеркал к пьезоэлектрическому элементу, регулирующему длину резонатора. При включении его в цепь обратной связи, управляющей мощностью на выходе лазера, длину резонатора можно непрерывно подстраивать под максимум профиля усиления. Эта процедура облегчается на практике существованием небольшого провала в профиле усиления при υ₀ — центре линии флюоресценции. Провал, впервые теоретически предсказанный Лэмбом, имеет ширину ~ 1/τ_r, где τ_r,. — естественное время жизни верхнего лазерного уровня. Она обычно равна 10⁷—10⁹ Гц для лазеров в видимой области и 10³—10⁴ Гц для лазеров в инфракрасной области. Лэмбовский провал возникает из-за насыщения и крайне полезен для стабилизации лазерного выхода, так как небольшие отклонения от частотного минимума в центре линии легко обнаруживаются электрически и используются для компенсирующего их регулирования выходным зеркалом. В стабилизированных лазерах, работающих в видимой области, дрожание частоты в излучаемой лазером линии может быть ограничено величиной 10 МГц. Это соответствует стабильности частоты 1/10⁸.

Дата добавления: 2015-06-27