Свойства лазерного излучения

Излучение лазера представляет собой поток летящих почти параллельно одинаковых фотонов. Такое излучение имеет рад весьма важных особенностей. Во-первых, очень малая расходимость лазерного излучения. Если, например, диаметр лазерного пучка 1 см, а длина волны 5х10-5 см, то угол расходимости составляет всего лишь 5х10-5 рад, или 0,003°. С помощью собирающих линз и зеркал лазерные лучи можно сфокусировать в точку размером 0,5 мкм (для видимого света). При этом угол расходимости уменьшается до 10-7 рад. Если такой луч послать на Луну, то он высветит на её поверхности круг диаметром 30 м.

Во-вторых, лазерное излучение обладает высокой монохромотичностью, т. е. практически излучение имеет одну единственную частоту и соответствующую ей одну единственную длину волны. Это объясняется тем, что у всех фотонов в лазерном пучке одинаковая энергия. Но все же при лазерном излучении наблюдаются флюктуации частоты, за счет того, что некоторая очень небольшая часть атомов дает спонтанное излучение, некогерентное с основным излучением. Поэтому лазерное излучение занимает очень узкую полосу частот, примерно 10^-3 Гц.

Третья особенность лазерного излучения состоит в том, что можно в широких пределах управлять длительностью излучения от сколь угодно длительных до сверхкоротких (всего лишь 10-14-10-15 с) импульсных вспышек. Импульсы света такой малой длительности имеют в пространстве ничтожно малую длину и огромную мощность. Современные лазеры излучают в одном импульсе энергию до нескольких тысяч джоулей. Это соответствует мощности, во много раз большей, чем у крупнейших электростанций. Например, если энергия импульса 10³ Дж, а его длительность 10^-13 с, то мощность равна 10³ Дж/10^-13 с=10¹⁶ Вт=10¹⁰ МВт. Огромная мощность лазерного излучения приводит к тому, что вещества, освещенные лазером, могут быть нагреты до весьма высоких температур. Интенсивность сфокусированного лазерного пучка может быть 10²⁰ Вт/см2 и более, и при этом напряженность электрического поля в луче достигает 10¹¹ В/см. Под действием такого сильного поля у многих из веществ происходит ионизация атомов: они расщепляются на электроны и положительные ионы.

40. Оптическое детектирование….

НЕЛИНЕЙНАЯ СРЕДА - среда, в которой распространение света зависит от интенсивности (амплитуды) световой волны. В нелинейной среде не выполняется принцип суперпозиции: волны распространяются не независимо, а взаимодействуют между собой. Вследствие этого в нелинейной среде возбуждаются волны отличающиеся частотами и направлением распространения от падающей волны. Среда, линейная в обычных условиях, т.е. при обычных интенсивностях света, становится нелинейной, когда напряженность электрического поля световой волны сравнима с внутриатомным электрическим полем E_a...

В сильных лазерных полях поляризация среды P является нелинейной ф-цией напряжённости электрич. поля E световой волны и может быть представлена в виде

где - линейная диэлектрич. восприимчивость среды, - квадратичная и кубичная восприимчивости (для простоты не учитываем тензорный характер восприимчивости и её временную и пространственную дисперсию; см. Нелинейные восприимчивости).Для сред с квадратичной нелинейностью характерны трёхволновые (трёхчастотные, трёхфотонные) В. с. в., с кубичной нелинейностью -четырёхволновые (четырёхчастотные, четырёхфотонные) взаимодействия и т. д. T. о., нелинейная восприимчивость среды порядка п обусловливает (n+1)-волновые взаимодействия.