СРАВНЕНИЕ ЛАЗЕРНОГО И ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЙ. Лекция 94 СРАВНЕНИЕ ЛАЗЕРНОГО. Лекция 94 сравнение лазерного
 Скачать 32.58 Kb.
|
95 Вт/(см2 ср) для наиболее интенсивной зеленой линии, длина |
 |
| Пространственный и частотный фильтры для получения когерентного пучка от некогерентного источника света (лампы) |
волны которой составляет = 546 нм). В случае упомянутой лампы, для получения пучка с хорошей пространственной когерентностью можно применить схему, приведенную на рис., в которой используется собирающая линза с фокусным расстоянием f и подходящей апертурой D. Излучение лампы обусловлено световыми волнами, испускаемыми отдельными излучателями, расположенными внутри апертуры d, проделанной в экране S. Для получения пучка, пространственная когерентность которого близка к идеальной, апертура D должна удовлетворять условию:
D = 0,32f/d (1)
И хотя пространственная когерентность такого пучка оказывается несколько меньше единицы ((1)(P1, Р2) = 0,88 для данного случая), ее, в общем смысле, можно считать сравнимой с пространственной когерентностью Не- Ne лазера (значение величины ((1) которого можно взять за единицу).
Выходная мощность пучка после линзы определяется как Pout = BAQ, где В — яркость лампы, А — площадь излучающей области (А = nd2/4) и Q — телесный угол, образованный апертурой линзы (Q = n2D2/4f2). С помощью выражения (1) получаем:
Pout = (/4)2В (2)
Подставляя значение яркости для лампы (В = 95 Вт/(см2 ср)), находим Pout = 1.8 • 10-8 Вт. Следует отметить, что данная мощность приблизительно на 5 порядков величины меньше мощности He-Ne лазера и примерно на 9 порядков меньше выходной мощности самой лампы. Также следует сказать, что, согласно выражению (2), выходная мощность, которую можно получить при выделении пространственно-когерентного пучка от излучения лампы, зависит только от яркости самой лампы, и это наглядно подтверждает, насколько важным является параметр яркости.
В конечном итоге (ценой колоссальных потерь в плане выходной оптической мощности) мы имеем пучок, сравнимый по параметру пространственной когерентности с пучком He-Ne лазера. Однако степень временной когерентности все еще оставляет желать лучшего, поскольку ширина линии излучения лампы существенно превышает ширину линии He-Ne лазера. Действительно, линия излучения в лампе значительно уширена из-за высокого давления инертного газа в колбе лампы и составляет = 1013 Гц. В гелий-неоновом лазере ширина линии (при использовании современных схем стабилизации частоты) составляет L =1 кГц. Для того чтобы уравнять степень временной когерентности двух упомянутых источников света, прежде всего необходимо уравнять ширину линии излучения. В принципе, это можно реализовать с помощью частотного фильтра с узкой полосой пропускания (около 1 кГц), установленного после лампы (см. рис.). Однако такой фильтр существенно уменьшает выходную мощность источника, почти на десять порядков величины (согласно (L /) = 10-10), так что окончательно выходная мощность пространственно и частотно отфильтрованного излучения лампы составит Pout = 10-18 Вт.
Таким образом, хотя практически были потеряны 19 порядков величины от выходной мощности излучения лампы (для зеленой линии), все же можно сказать, что пучок He-Ne лазера и отфильтрованный выходной пучок лампы имеют приблизительно равную степень пространственной и временной когерентности. Чтобы уравнять эти пучки по выходной мощности, необходимо поставить ослабляющий светофильтр (с коэффициентом ослабления 1015) на пути пучка He-Ne лазера. В этом случае два описанных пучка будут иметь одинаковую мощность и приблизительно равную степень когерентности. Теперь было бы закономерно задать вопрос: будут ли эти пучки полностью идентичными, т. е. неразличимыми. На самом деле ответ на этот вопрос является отрицательным. Действительно, детальное сравнение этих двух источников света показывает, что они по существу остаются разными, и что особенно важно, пучок He-Ne лазера все еще остается более когерентным.
Предварительное сравнение излучения лазера и теплового источника можно без труда провести в рамках рассмотрения статистических свойств этих двух источников. Действительно, можно сразу отметить, что и процедура фильтрации излучения в случае лампового источника, и установка на пути пучка He-Ne лазера ослабляющего фильтра, по сути, не изменяют статистических свойств излучения описанных выше источников света. Также следует заметить, что если принимать равной степень пространственной когерентности для этих двух пучков, то в этом случае скорость движения точки, которая описывает величину E(t) в плоскости (Еп Еь), будет одинаковой. Окончательно заметим, что если пространственная когерентность двух пучков принимается равной, то это означает, что для каждого пучка скорость движения этой характерной точки в плоскости (Еп Et) будет одинаковой в любой точке волнового фронта.
В заключение следует отметить, что несмотря на все описанные методы пространственной и частотной фильтрации и, следовательно, существенное снижение выходной мощности, излучение теплового источника, по сути, отличается от лазерного излучения.