Характеристика лазерных излучений

Лазерная техника за последние 10 – 15 лет сделал большой рывок как по частоте, так и по мощности излучений. В настоящее время выпускаются газовые лазеры частотой излучения 10²⁰ Гц, рубиновые – 10¹⁸ Гц, химические лазеры мощностью до 100 кВт. При с фокусировании излучения в небольшое пятно плотность энергии в фокусе достигает до 10²¹ Вт/см², а уже при плотности энергии излучение 10⁹ – 11¹² Вт/см² все известные на земле вещества мгновенно испаряются.

В настоящее время лазерные установки нашли широкое применение в промышленности (больше чем в 200 отраслях) и науке. При проведении исследований в области субэлементарных частиц в физике измерение размеров величин и временных интервалов можно производить только с помощью излучения с частотой 10²⁰ Гц и длиной волны излучения 10^{-15 м.}

Лазерные установки по режиму работы подразделяются на прерывного (импульсные) и непрерывного действия.

Плотность потока мощности лазерного излучения на площади вычисляют по формуле

, Вт/м² (2.1)

где Р₀ – мощность источника излучения;

Д – диаметр объекта оптической системы;

λ – длина волн;

f – фокусное расстояние оптической системы.

Например: Р = 1 МВт, λ = 0, 69 мкм, Д/ f = 1, 2; тогда Р_s = 310¹⁴ Вт/см², для сравнения – излучение на поверхности Солнца составляет 10⁸ Вт/см².

Лазерное излучение высокой мощности сопровождается высокой напряженностью электрической составляющей поля.

Значение Е в воздухе при Р = 1 МВт составляет 2, 74 ∙ 10⁶В/м или 2, 74 ∙ 10³ кВ/м.

При прохождении лазерного излучения через воздух, газы, а также при соприкосновении с поверхностью материалов проходит рассеивание и отражение излучения, которое подразделяют на диффузное и зеркальное.

Плотность энергии прямого излучения вычисляют по формуле

(2.2)

где I₀ – энергия излучения лазера, Дж;

μ – угол расширения излучения;

R – расстояние от излучения до расчетной точки;

σ – коэффициент ослабления излучения средой.

Энергия лазерного излучения, отраженная от поверхности, определяется по формуле

(2.3)

где I_n – энергия излучения на отражающей поверхности, Дж;

К – коэффициент отражения поверхности;

β – угол между нормалью к поверхности и направлением наблюдения;

К₁ – коэффициент, учитывающей размеры отражающего пятна;

R – расстояние до отражающей поверхности.