Proprietatile radiatiei laser

Proprietatile radiatiei laser

Folosirea radiatiei laser este facilitata de proprietatile specifice acestea: coerenta, monocromaticitatea, directionalitatea, intensitatea.

a) coerenta; acest concept este strans legat de fluctuatiile valorilor amplitudinii campului electromagnetic generat in procesul de emisie stimulata. Explicarea coerentei se poate face luandu-se in considerare fenomenul de interferenta. Astfel, considerand doua unde, provenite din doua puncte diferite din spatiu, daca, in urma fenomenului de interferenta, apar franje de interferenta, atunci cele doua unde sunt coerente.

Folosind doua fante plasate in cale unui fascicul laser se obtin franje de interferenta. Acestea pot indica marimea coerentei intre fasciculele de lumina a difractate de cele doua fante prin marimea numita vizibilitate, V

3

unde I_max, I_min reprezinta intensitatea maximelor, respectiv a minimelor vecine din regiunea de interferenta. Pentru , adica , coerenta este perfecta (totala), iar pentru , adica , undele sunt necoerente.

b) monocromaticitatea; este una din proprietatile importante ale radiatiei laser, fiind determinata de procesul de emisie stimulata, largimea spectrala a radiatiei emise fiind: , unde: , iar . Se observa monocromaticitatea extraordinar de pronuntata pe care o poate realiza efectul laser, fata de largimea foarte mare obtinuta cu sursele obisnuite.

c) directionalitatea; divergenta surselor obisnuite de lumina este mare datorita dimensiunilor lor finite. Punctele sursei emit raze sub diferite unghiuri fata de axa optica a unui sistem optic. Divergenta fasciculelor determinate de aceste raze este determinata atat de dimensiunile sursei de lumina, cat si de distanta focala a obiectivului de focalizare.

In cazul laserului, datorita specificului producerii radiatiei laser, aceasta are o buna directionalitate. Datorita formei speciale a cavitatii de rezonanta, de tip Fabry-Perot, undele se reflecta de un foarte mare numar de ori pe suprafetele reflectatoare de la capetele cavitatii si deci sunt amplificate numai acele unde care se propaga de-a lungul axei optice a cavitatii; undele care se formeaza sub un unghi oarecare cu axa optica se vor reflecta de un numar mic de ori, dupa care vor iesi din cavitate prin peretii laterali, fara sa participe la efectul de amplificare.

Semnalul laser este deci constituit numai din undele care se propaga paralel cu axa optica a cavitatii. Din aceasta cauza, el va fi extrem de directional. Unghiul de divergenta masurat pana in prezent este cuprins intre 3` si 1^o pentru laserii cu mediu activ solid si sub un minut pentru laserii cu mediu activ gazos.

Coerenta si directionalitatea semnalului emis de laser fac ca acest dispozitiv sa fie echivalent cu o sursa de lumina punctuala, desi suprafata de emisie a acestuia are o intindere apreciabila, cuprinsa intre 0,2 cm² pentru laserul cu rubin si aproximativ 1 cm² pentru laserii cu gaz. Drept urmare, folosind interferometrul Michelson se pot obtine figuri de interferenta, cu un bun contrast al franjelor, la distante de sute de metri, in timp ce in cazul utilizarii surselor monocromatice clasice, franje de interferenta se obtin cu greu la distante mai mari de un metru.

d) intensitatea; sursele obisnuite, avand o stralucire limitata, se folosesc la un numar restrans de aplicatii. Ori cat de mare ar fi temperatura lor, acestea nu pot emite mai multa energie decat radiatorul perfect: corpul negru.

In procesul emisiei stimulate care sta la baza efectului laser, sistemele atomice excitate emit rapid si sincron, nu cum se petrece in mod normal, ceea ce - impreuna cu proprietatea de directionalitate - conduce, pentru radiatia generata de dispozitivele laser, la densitati de radiatie neobisnuite.

Pentru a aprecia valoarea intensitatii radiatiei laser, aceasta se poate compara cu stralucirea suprafetei Soarelui, care se comporta asemanator unui corp negru la temperatura de 6000 K. Radiatia totala a suprafetei solare de-a lungul intregului spectru emis are o densitate a puterii de 7 kW/cm². Aparent ea pare o valoare mare, dar tinand cont de largimea uriasa a spectrului solar, maximul puterii emise este extrem de mic in comparatie cu puterea emisa de un laser.

Intr-adevar, un laser cu rubin lucrand in impulsuri da o putere de ordinul a 1 kW pentru un interval de timp de 10^-3s, iar aceasta este distribuita in interiorul unei largimi de banda de si provine de la o arie de 0,2 cm². Pe de alta parte, puterea emisa de un corp negru aflat la temperatura de 6000 K, pentru aceeasi arie si interval de lungimi de unda, este de numai 0,01 W. In plus, radiatia emisa de suprafata corpului negru este distribuita in interiorul unei sfere, adica in interiorul unui unghi solid de sterradiani, in timp ce largimea unghiulara a fasciculului laser este mai mica decat o jumatate de grad, adica ~10^-2 radiani sau sub un unghi sold de 10^-4 sterradiani. In interiorul acestui con si in acelasi interval de lungimi de unda corpul negru (soarele) emite o putere de numai .

Prin urmare, rezulta ca emisia laserului cu rubin cu functionare in impuls este de aproximativ ori mai stralucitoare decat o arie echivalenta a suprafetei solare. Acest raport devine cu atat mai remarcabil cu cat fasciculele laser sunt mai directionale si monocromatice, ceea ce, este cazul laserului cu gaz.