Лазерная техника

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 12 Марта 2013 в 09:15, курс лекций

Описание

Курс охватывает основные разделы лазерной техники, включающие: свойства лазерного излучения, основные принципы работы лазеров, характеристики лазерного излучения, управление характеристиками лазерного излучения, типы лазеров и применение лазеров в технологии, голографии и спектроскопии.Приведена рабочая программа курса, даны методические указания к его изучению, представлены варианты заданий на контрольную работу.

Работа состоит из  1 файл

METODIC1.DOC

— 143.00 Кб (Скачать документ)

 

Расчетные значения параметров электромагнитных волн и цвет лазерного излучения внести в таблицу по приведенной форме.

 Указание к решению задачи 1.

Для определения частоты электромагнитной волны необходимо воспользоваться  уравнением:

n = С/l,

где С  = 3х108 м/с - скорость света,

l -длина волны лазерного излучения.

Для расчета энергии фотона воспользоваться  уравнением

Е = hn, где h=6,625х10-34 Дж *с - постоянная Планка

Задача 2.

[ 1], с.21-34,  [3 ], т.1 с.380-389

Расстояние от Земли до Луны определяют, измеряя время, необходимое для возвращения на Землю 50 нс импульса рубинового лазера с модулированной добротностью, который отражается уголковым отражателем, установленным на Луне. Уголковый отражатель возвращает луч точно по тому же пути, по которому он пришел, независимо от его  направления.

Требуется рассчитать, сколько времени  потребуется свету, чтобы пройти путь от Земли до Луны и обратно, если расстояние от Земли до Луны  l= 3,8х108 м.

Необходимо также определить размеры пятна, освещающего уголковый  отражатель  на  Луне,  если  полный   угол   расходимости  луча составляет

 Ф рад.

Диаметр лазерного пучка d0. Для того , чтобы уменьшить расходимость пучка, необходимо пучок пропустить предварительно через телескоп. При этом, расходимость пучка уменьшается в число раз, равное отношению диаметра апертуры телескопа - Dтел.  к диаметру лазерного пучка - d0.

 

Указания к решению  задачи 2.

 

Для расчета времени, которое потребуется свету, чтобы  достичь Луны и возвратиться на Землю, необходимо учесть, что скорость света  С = 3х108 м/с.

Для определения размеров светового пятна на угловом отражателе необходимо воспользоваться уравнением для полной угловой расходимости лазерного излучения вида: 

Ф = 1,27l/2 d0 рад,

гдеl=694,3 нм- длина волны излучения рубинового лазера, и учесть, что 2pрад =3600 (рад =57,30).

Данные для решения  задачи берутся из табл.1 по последней  цифре шифра студента.

 

Таблица1.

 

                                       Варианты и исходные данные

Параметры

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

d0, нм

1,1

1,3

1,5

1,7

0,9

1,8

0,8

1,2

1,9

2,0

Dтел

400

300

500

100

200

350

250

450

600

650


 

 

Задача 3.

[ 1], с.90-162,  [5 ],  с.119-155

 

Зеркала резонатора имеют  коэффициенты отражения r1 и r2 и нанесены прямо на торцы стержневого активного  элемента длиной L. Потерями в стержне  и на зеркалах резонатора пренебречь. Определить пороговую величину коэффициента квантового усиления активного стержня, необходимую для возникновения генерации.

Указания к решению  задачи 3.

Данные для решения  задачи берутся из табл. 2, строка по предпоследней цифре  шифра студента, столбец - по последней цифре шифра.

 

 

 

 

 

      

 

 

    Таблица 2.

 

Предпоследняя цифра  шифра

 

 

r1

 

 

r2

 

L,мм

Последняя цифра шифра                             

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1

1.0

0.8

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

2

1.0

0.7

18

30

40

50

60

70

80

90

100

110

3

1.0

0.85

19

31

41

51

61

71

81

91

101

111

4

1.0

0.99

20

32

42

52

62

72

82

92

102

112

5

1.0

0.53

21

33

43

53

63

73

83

93

103

113

6

1.0

0.45

22

34

44

54

64

74

84

94

104

114

7

1.0

0.65

23

35

45

55

65

75

85

95

105

115

8

1.0

0.75

24

36

46

56

66

76

86

96

106

116

9

1.0

0.95

25

37

47

57

67

77

87

97

107

117

0

1.0

0.5

26

38

48

58

68

78

88

98

108

118


 

 

 

Задача 4.

[1], с.21-34.

 

 

Определить мощность лампы накачки твердотельного лазера на ИАГ: Nd3+,

если число активных ионов Nd3+ в кристалле N0 = 1018  cм-3. Поглощение света от излучения лампы накачки происходит на частоте n=6х1014 Гц.

К П Д  накачки h.

Размеры кристалла а,в,с. Время жизни возбужденного уровня t сп. Инверсная населенность равна величине N.

 

Указание к решению  задачи 4.

 

Необходимо прежде всего  определить, какую энергию должна затратить лампа накачки для  перевода одного иона Nd3+ на возбужденный уровень, а затем определить, какую энергию затратит лампа накачки для создания инверсной населенности N во всем объеме кристалла. С учетом к п д накачки h и времени жизни возбужденного уровня  t сп определить мощность лампы накачки. Численными значениями воспользоваться из табл. 3, строка - по предпоследней цифре шифра студента, столбец - по последней цифре шифра.

Таблица 3.

 

Пред-последцифра шифра

а,

мм

в,

мм

с,

мм

h,

%

tсп,

с

N0*К =N, см -3

Последняя цифра шифра

   1        2       3       4       5      6       7       8        9      0

1

10

10

30

10

10-3

0.5

0.6

0.5

0.9

0.9

0.7

0.9

0.5

0.6

0.7

2

11

11

31

20

10-4

0.6

0.7

0.6

0.8

0.9

0.8

0.8

0.6

0.7

0.7

3

12

12

32

30

10-5

0.7

0.8

0.7

0.7

0.8

0.4

0.7

0.7

0.8

0.5

4

13

13

33

40

10-6

0.8

0.9

0.8

0.6

0.7

0.5

0.6

0.8

0.9

0.6

5

14

14

34

50

10-7

0.9

0.9

0.9

0.5

0.6

0.6

0.5

0.9

0.5

0.7

6

15

15

35

60

10-4

0.8

0.6

0.9

0.9

0.5

0.7

0.6

0.6

0.6

0.8

7

16

16

36

70

10-5

0.9

0.8

0.6

0.5

0.6

0.8

0.7

0.5

0.7

0.9

8

17

17

37

80

10-6

0.5

0.8

0.8

0.6

0.8

0.9

0.8

0.7

0.8

0.5

9

18

18

38

90

10-3

0.8

0.7

0.8

0.7

0.9

0.5

0.9

0.8

0.9

0.6

0

19

19

39

100

10-7

0.9

0.6

0.7

0.8

0.7

0.6

0.5

0.9

0.5

0.7


 

Задача 5

[5], c.24-28

Расходимость пучка  Не-Nе - лазера составляет  10-3  рад. Соответствующий телесный угол пучка около  10-6  ср. Диаметр пучка, покидающего лазер через выходное зеркало, равен приблизительно 1 мм. Принимая приближенно освещенную площадь выходного зеркала за площадь источника, получаем площадь  7,85 х10-3 см2. ( А = pr2, где r=0,5 мм) . Выходная мощность лазера равна 1 мВт (радиометрические единицы).

Определить значения яркости и спектральной яркости  НЕ-Ne-лазера. Сравнить ее с яркостью и спектральной яркостью Солнца. Яркость  Солнца принять равной 15х105 лм/м2  ср

 

Указание к решению  задачи 5.

 

При переводе в фотометрические единицы необходимо умножить значение мощности (10-3 Вт) на переводной коэффициент (680 лм/Вт при 555нм) и на относительную видность при 633 нм (длина волны лазерного излучения).

Для лазера мощностью 1 мВт, излучающего на 633 нм, световой поток равен 0,16 лм. Разделив эту величину на площадь источника и телесный угол, находят значение яркости пучка Не-Nе -лазера. Для нахождения спектральной яркости Солнца необходимо учесть, что Солнце излучает во всей области спектра, а лазерное излучение ограничено диапазоном длин волн, составляющим доли нанометра. Среднюю спектральную яркость Солнца (светимость Солнца, отнесенная к ширине полосы видимого солнечного излучения в диапазоне от 400 мм до 700 нм, т.е. 300 нм) определить из соотношения:

Lnl = [1,5 х 105 лм/cм  2  ср]/300 нм = 500лм/ cм  2   ср нм

 

Аналогичным образом  определяется средняя спектральная яркость Не-Ne-лазера, для чего необходимо предварительно определить значение яркости  Не-Ne- лазера и учесть, что ширина линии излучения лазера равна 0,2мм.

При правильном решении  задачи вы узнаете, что яркость Не-Ne -лазера в 100 раз превосходить яркость  Солнца, а спектральная яркость Не-Ne -лазера превосходит спектральную яркость  Солнца в 2х105 раз.

Решить эту задачу предлагается всем студентам в одном варианте.

 

Содержание                                                                                 стр.

 

1. Рабочая программа..................................................................3

2. Методические указания  к изучению курса...........................7

3.Задания на контрольную  работу.............................................18

 

 

 

 

 

 

 

Редактор В.В.Рачеева

____________________________________________________________

Подписано в печать                       Формат 60х84  1/16

Б.кн.-журн.  П.л. 1,5     Б.л. 0,8    РТП РИО СЗПИ

Заказ                           Тираж

_____________________________________________________________

Редакционно-издательский отдел

Северо-Западный заочный  политехнический институт

191186, Санкт-Петербург,  ул. Миллионная, 5

 


Информация о работе Лазерная техника