Бібліотека рефератів: лазерна діагностика

Відео: Лазерна корекція зору

лазерна діагностика

Дифракційні кошти лазерної діагностики

Дифракційні явища в оптиці в повсякденному поданні негативні, як причина обмеженості можливостей оптичних систем, в тому числі лазерних метрологічних, навігаційних і гіроскопічних приладів. Відомі й корисні практичні застосування класичної дифракції світла, наприклад, для вимірювання розмірів отворів, діаметрів ниток і числа їх в скрутці, показників заломлення і ряду інших. Однак, є важливий аспект цих явищ - дифракційне зворотне розсіювання (ДОР) на локальних неоднорідностях в оптичному резонаторі, що надає їм особливий статус. Висока чутливість фази результуючої ДОР до зміщення виділеної локальної неоднорідності (ВЛН) по осі резонатора лазера робить дифракцію засобом управління характеристиками генерації як лінійного, так і кільцевого лазера, а також тонким вимірювальним інструментом в галузі фізичних параметрів. Зазначимо, наприклад, можливість реалізації внутрірезонаторними доплерівського вимірювача швидкості потоку на основі ДОР, прямого вимірювання відносного перевищення накачки над порогом і самих значень втрат резонатора і посилення активного середовища [1] та ін. В даній роботі наведено приклад досить простого визначення на основі ДОР деяких фізичних параметрів, вимір яких традиційними способами вважається досить трудомістким, наприклад: коефіцієнта конвективної тепловіддачі, величини поляризаційного оптичного дихроїзму погл щення - по термічній реакції ВЛН, визначальною ДОР в резонаторі лазера, на що поглинається нею енергію оптичного випромінювання.

Запишемо поля біжать зустрічних хвиль в резонаторі лазера з частотою генерації w у вигляді
E2,1 (z, t) = E2,1 (t) explt; - j (wt ± kz + F2,1 (t)) gt ;, де E1,2 (t), F1,2 (t) - повільні речові амплітуди і фази хвиль, позначимо F (t) = F1 (t) - F2 (t) - різниця фаз. У лінійному лазері Fє Const (t), тому що зустрічні хвилі жорстко пов`язані відображенням на дзеркалах, а в кільцевому лазері F (t) залежить від присутніх в резонаторі локальних неоднорідностей (в т.ч. діафрагм), що створюють окрім додаткових втрат кожної з хвиль, також лінійну зв`язок зустрічних хвиль внаслідок їх зворотного розсіювання. Позначимо M, Q - амплітуду і фазу результуючого (ефективного) комплексного коефіцієнта зв`язку зустрічних хвиль на всіх неоднорідностях резонатора, що створюють зворотне розсіювання, m, u - амплітуду і фазу парціального коефіцієнта ДОР від однієї виділеної локальної неоднорідності. Характер залежності фази результуючого коефіцієнта зв`язку Q від u (фази ДОР на ВЛН) визначається співвідношенням амплітуд M, m. при m gt; Ѕ I1 - I2Ѕ у вигляді e = e 0 + m - M Cos (F + Q) - I = (c / e) 2 - (1 + f2) - F (t) = - Q (t) - Б (t ) - c. e 0 - посилення в активному середовищі і власні втрати резонатора без діафрагми за прохід, m - ординарні дифракційні втрати, що вносяться діафрагмою, f - безрозмірна відбудова частоти w від центру лінії активної середовища, Б (t) - відома функція часу [2], що залежить від розщеплення зустрічних хвиль і смуги захоплення. У дифракційної картині від ОД - циліндра радіуса r. в інтерференційної складової інтенсивності далекої зони спостереження в напрямку j поза резонатора можна записати різницю фаз діфрагірованних зустрічних хвиль в геометрооптіческом наближенні F (t) = 2k [z0 (t) - r 21/2 Sin (j / 2 - p / 2)] - F (t) .В лінійному лазері (F = Const (t)) модуляція інтенсивності I (t), обумовлена e (t), як і Ф (t) в дифракційної картині, однозначно характеризують переміщення діафрагми z0 (t) по осі z .

В експериментах в лінійному лазері ОД у вигляді мідної нитки радіуса r = 30 мкм і довжиною l0 = 50 мм, перпендикулярній осі z резонатора, мала форму дуги стрілкою вздовж z з висотою сегмента d0 »2 мм. Прояв ДОР від ОД полягало в тому, що при перериванні потоку енергії, що висвітлює ділянку ОД, занурений в лазерний пучок з довжиною хвилі l = 0.63 мкм, в інтенсивності генерації I (t) і в дифракційної картині Ф (t) виникали коливання довжиною h макс = (3 - 5) періодів з затухаючої частотою. Детальне дослідження проводилося із застосуванням для управління ДОР від ОД зовнішніх лазерних пучків ТМ або ТІ поляризованих по відношенню до нитки, фокусованих на задану ділянку нитки, що перериваються заслінкою. Постійна часу загасання t практично не залежала від обставин дослідів, але асимптотическое значення Hмакс істотно залежало від поляризації та інтенсивності пучка, що висвітлює ділянку нитки ОД, що відбивають властивостей матеріалу нитки, висоти сегмента d0 і була аддитивна при спільному освітленні ділянки нитки кількома пучками з різних сторін. Це дозволило пояснити реакцію ОД на зміну інтенсивності зміною фази ДОР від ОД (що грає роль ВЛН) внаслідок переміщення по осі z ділянки нитки, зануреного в світловий пучок, на величину h = 2 (D z0) / l. h (t) = h макс (1 - et / t) через деякого зміни (D d) стрілки дуги нитки ОД при її термічному подовженні внаслідок зміни поглинається оптичної потужності. При потужності випромінювання зовнішнього джерела W »1.5 мВт максимальна величина Hмакс = 5 отримана з TE поляризацією світла, а з TM вдвічі менше (це пояснено відмінностями коефіцієнтів поглинання q). Час релаксації t при такій апроксимації, усереднене по великому числу експериментальних кривих, t = lt; 0.21 ± 0.03] c.

Розрахунок подовження нитки у вигляді дуги великого радіуса з закріпленими кінцями показав, що приріст стрілки прогину багато більше подовження нитки | D l | g). По знайденому c = (t -1 - g) = 4.22 c-1 визначено коефіцієнт конвективного тепловіддачі k = 1.09Г (Г = 10-2 Вт / см2град, облік другого члена ряду збільшує k на "10%), близький з відомими емпіричними значеннями (1.1 - 1.9) Г для контакту металевого циліндра з повітрям. Експериментально певне співвідношення для TM, TE поляризації падаючого поля h макс (TE) / h макс (TM) »2 безпосередньо дає величину поляризаційного дихроїзму поглинання світла об`єктом, використовуваним в якості ОД, вимір якого іншими способами важко [3], а розрахунок вимагає суворого обліку якості поверхні досліджуваного зразка. Це показує перспективність використання ДОР як інструменту фізичних і прикладних досліджень.