оптичні стандарти частоти

ОПТИЧНІ СТАНДАРТИ ЧАСТОТИ - лазери зі стабільною у часі частотою випромінювання (10 -14 - 10 -15 ), її відтворюваністю (10 -13 - 10 -14 ). О. с. ч. застосовуються у фіз. дослідженнях і знаходять практич. додаток у метрології, локації, геофізиці, зв'язку, навігації та машинобудуванні. Розподіл частоти О. с. ч. до радіодіапазону уможливило створення шкали часу, заснованої на використанні періоду оптич. коливань.
О. с. ч. мають переваги в порівнянні з квантовими стандартами частоти НВЧ-діапазону: експерименти, пов'язані з вимірюванням частоти при використанні лазерів, вимагають меншого часу, тому абс. частота в 104 - 105 разів перевищує нелазерні стандарти частоти. Абс. інтенсивність і ширина резонансів, що є реперами частоти, оптич. діапазоні в 10 5 - 10 6 разів більше, ніж у НВЧ-діапазоні, за однієї і тієї ж відносить. ширину. Це дозволяє створювати О. с. ч. з більш високою короткковрем. стабільність частоти. При розподілі частоти О. с. ч. до радіодіапазону відносить. ширина лінії випромінювання практично не змінюється (якщо використовується НВЧ стандарт, флуктуац. Спектр його сигналу істотно розширюється при множенні частоти в 10 5 - 10 6 разів). Роль квадратичного Доплера ефекту , що обмежує довгостроком. стабільність та відтворюваність частоти, однакова.

Принцип стабілізації. Стабілізація частоти лазера, як і стандартів радіо діапазону, заснована на використанні спектральних ліній атомного або молекулярного газу (оптич. репери), до центру яких "прив'язується" частота v за допомогою електронної системи автоматично. підстроювання частоти. лінії посилення лазерів зазвичай значно перевершують ширину смуги пропускання оптичного резонатора, то нестабільність ( v) частоти v генерації здебільшого визначається зміною оптич. довжини резонатора Осн. джерелами нестабільності l є тепловий дрейф, механіч. та акустич. обурення елементів конструкції резонатора; флуктуації показника заломлення газорозрядної плазми. За допомогою оптич. репера система автопідстроювання виробляє сигнал, пропорц. величині та знаку розладу між частотою v та частотою v₀ центру спектральної лінії, за допомогою якого частота лазера налаштовується на центр лінії ( = v - v₀ = 0). Відносить. точність налаштування назад пропорц. добутку добротності спектральної лінії ( - ширина лінії) на відношення сигнал/шум за її індикації.
Для отримання вузької лінії випромінювання та високою короткоковремою. Стабільність частоти (стабільність за часи с) необхідно використовувати репери досить високої інтенсивності з шириною значно перевершує характерний діапазон частотних збурень. газових лазерів характерна ширина спектра акустич. обурень ~ 10 3 - 10 4 Гц, тому необхідна ширина резонансу Гц (відносить ширина 10 -9 - 10 -10 ). Це дозволяє використовувати системи автоматично. підстроювання частоти з широкою смугою (10 4 Гц) для ефф. пригнічення швидких флуктуацій довжини резонатора.
Для досягнення високого довгостроку. стабільності та відтворюваності частоти необхідні оптич. лінії високої добротності, тому що при цьому зменшується вплив разл. факторів зрушення частоти центру лінії.

Оптичні репери. Використані в НВЧ-діапазоні методи отримання вузьких спектральних ліній виявилися не застосовними до оптич. області спектра (доплерівське розширення мало у НВЧ-діапазоні). Для О. с. ч. важливі методи, які дозволяють отримувати резонанси в центрі спектральної лінії.Це дає можливість безпосередньо зв'язати частоту випромінювання з частотою квантового переходу. зустрічних світлових хвиль із газом. поглинаюча комірка з газом низького тиску може знаходитися всередині резонатора лазера (активний репер) і поза його (пасивний репер). , яка може бути в 10 5 - 10 6 разів менше доплерівської ширини. У разі внутрішньої поглинаючої комірки зменшення поглинання в центрі лінії призводить до появи вузького піку на контурі залежності потужності від частоти генерації. ширини резонансу супроводжується різким падінням його інтенсивності (Пропорц. Кубу тиску).
Наиб.₄ на компонентах та Е коливально-обертають. Р (7) смуги v₃ (Див. Молекулярні спектри ), які близькі до центру лінії посилення гелій-неонового лазера на = 3,39 мкм. Е-компоненти).
Схема О. с. ч., який використовує надвузький резонанс (з віднос. шириною 10 -11 - 10 - 12) як репер, складається з допоміжного стабільного за частотою лазера 2 з вузькою лінією випромінювання, лазера 2, що перебудовується, і системи отримання вузького резонансу (рис. 1). Вузька лінія випромінювання лазера, що перебудовується, який використовується для отримання надвузького резонансу, забезпечується за допомогою фазової синхронізації цього лазера зі стабільним.

Мал. 1. Схема оптичного стандарту частоти: ЧФАП - частотно-фазове автопідстроювання; СУР – система отримання надвузького резонансу; АПЛ - система автоматичного підстроювання частоти; ЗГ – звуковий генератор; РГ – радіогенератор; Д - фото детектор.

Довговрем. стабільність лазера, що перебудовується, досягається плавним налаштуванням його частоти на максимум надвузького резонансу за допомогою екстремальної системи автопідстроювання. При цьому можна одночасно отримувати високі значення короткковрем. і довгостроком. стабільностей та відтворюваності частоти.
Стабільність частоти. наиб. висока стабільність частоти отримана в ІЧ-діапазоні з Не - Ne-лазером (= 3,39 мкм) із внутр. осередком поглинання. Т. до. абс. частота його відома з високою точністю (10 -11 ), цей лазер може бути використаний як самостійний. вторинний стандарт частоти для вимірювання абс. частот оптич. та ІЧ-дпапазонах. Ширина лінії випромінювання такого лазера становить 0,07 Гц (рис. 2). Стабільність частоти за часи усереднення = 1 - 100 дорівнює 4 х 10 -15 (рис. 3).
Довговрем. стабільність та відтворюваність частоти Не - Ne-лазерів з телескопіч. розширенням пучка, стабілізованих за резонансами в СН₄ на лініях поглинання F 2 ₂і Е (див. вище) з добротністю ~10 11 досягають ~10 -14 . Принциповим фактором, що обмежує відтворюваність та точність частоти, є квадратичний ефект Доплера.

Мал. 2.Спектр биття частот двох незалежно стабілізованих лазерів Не - Ne/CH₄.

Практич. інтерес представляють О. с. ч. на основі СО₂-лазера із зовніш. поглинаючою коміркою, заповненою парами 192 ОsО₄. Спектральна лінія поглинання коливально-обертають. переходу Р(40) смуги v₃ молекули 192 ОsО₄ збігається з лінією Р (14) переходу 001 - 10 ° СО₂-лазера (= 10,6 мкм) і не має надтонкої структури. Квадратичний ефект Доплера через велику масу цієї молекули малий. Стандарт СО₂/ 192 OsO₄ має стабільність 10 -13 за час 10 с та відтворюваність частоти 10 -12 . Для стабілізації частоти₂-лазера застосовується також т.з. метод насиченої флуоресценції, гідністю якого є можливість стабілізації на всіх лініях генерації СО₂-лазера. Досягається стабільність частоти 10-12 за час = 50 с.
У видимій області спектра використовуються Не - Ne-лазери ( = 0,633 мкм, 0,612 мкм), стабілізовані за резонансами насиченого поглинання парів 127 I₂ та 129 I₂ на компонентах надтонкої структури електронних переходів, які використовуються в якості оптич. стандарту довжини хвилі для метролог. вимірів (див. Метр) і спектроскопічні. досліджень. наиб. високі значення стабільності частоти О. с. ч. Не - Ne/ 127 I₂ і Не - Ne/ 129 I₂ становлять 1,9 х 10 -13 (=270 с) та 2 х 10 -13 (= 100 с). Відтворюваність частоти цих лазерів досягає 8 х 10 -12 і 6 х 10 -13.

Мал. 3. Залежність стабільності частоти від часу усереднення

Стабілізація частоти потужних іонних лазерів становить інтерес для розвитку техніки, що перебудовуються. лазерів на барвниках і лазерів на центрах фарбування. Як оптич. репера використовуються вузькі резонанси насиченої флуоресценції в 127 I₂ завширшки ~100 кГц.Досягнуто стабільність 5 х 10 -14 при = 100 с та відтворюваність частоти 1,5 х 10 -12 .

Оптичний годинник. О. с. ч., з системою розподілу його частоти в радіодіапазон, являє собою пристрій, що дозволяє визначати одиницю шкали часу - секунду - за кількістю періодів високостабільних оптич. коливань. Схема оптич. годинника включає еталонний високостабільний стандарт Не - Ne/CH₄, ланцюжок підібраних та синхронізованих по фазі лазерів ІЧ-, субміліметрового діапазонів та генераторів НВЧ-діапазону, що забезпечують розподіл оптпч. частоти радіодпапазон з виходом на стандартні частоти 1 і 5 МГц. Слідувати. фазове захоплення частоти одного генератора до іншого (див. Захоплення частоти) дозволяє передавати високу стабільність частоти О. с. ч. у радіодіапазон без втрат. Як швидкодіючі нелінійні елементи для перетворення частот лазерів і генерації гармонік високого порядку застосовуються точкові діоди типу метал - оксид - метал (МОМ-діод) з постійної часу ~10 -14 с. Поки що система поділу частоти Не - Ne/CH₄ стандарту є громіздкою. Необхідно її спрощення, щоб О. с. ч. стали конкурентоспроможними зі стандартами радіодіапазону.

Абсолютний вимір частот. Для виміру частот оптич. діапазону необхідно здійснювати множення відомої частоти стандарту радіодіапазону в 10 4 - 10 5 разів або розподіл вимірюваної частоти лазера в таку кількість разів. Довж. час абс. Вимірювання частот лазерів проводилися поетапно. Спочатку визначалися частоти лазерів далекого ІЧ-діапазону порівнянням помноженого сигналу від НВЧ-стандарту з частотою лазера. Потім відома частота лазера знову множилася і порівнювалася із частотою нового лазера.Схема синтезу частоти кожному етапі виміру виражається ф-лой де v_i - синтезована частота, v_i_₁ - відома частота, f_пр - Вимірювана проміжна частота. При відомому коеф. множення частоти (п) Визначається абс. значення v_i. Створення оптич. шкали часу відкрило можливість виміру абс. частот лазерів з граничною точністю 10-13-10-14.
наиб. точно виміряна частота лазера Не ​​- Ne/CH₄ (=3,39 мкм). Цей лазер має високу відтворюваність частоти і займає зручне проміжне положення між субміліметровою та ІЧ-областю, з одного боку, та ближньою ІЧ-областю та видимою - з іншого. Порівн. значення частоти [обчислене Д. Найтом (D. Knight)] v_CH4 = 88376181602,3 0,8 кГц.
Поліпшення характеристик О. с. ч. пов'язано з подальшим розвитком методу насиченого поглинання, а також методів, заснованих на застосуванні рознесених оптпч. полів, двофотонних резонансів і резонансів поглинання захопленими в пастки частинками. У поєднанні з охолодженням частинок вони формують резонанси з добротністю ~1014 і дозволяють отримати стабільність і відтворюваність частоти на рівні 1016 (див. Нелінійна спектроскопія).

Літ.: Басов Н. Р., Летохов Ст С., Оптичні стандарти частоти, "УФН", 1968, т. 96, с. 585; Jennings D. A., Petersen F. R., Evenson К. М., Direct frequency measurement of the 260 THz (1.15mm) 20 Ne Laser and beyond, в кн.: Laser spectroscopy. IV. Proc. 4 th-Intern. Conf., Rottach-Egern, Fed. Rep. of Germany, June 11 - 15 1979, ed. by H. Walther, K. W. Kothe, Ст - [a. o.], 1979, p. 39; Proceedings of Third Symposium on Freq. Standarts and Metrology, Aussois, Франція, 12 - 15 жовтня. 1981, "J. Phys.", 1981, v. 42, Colloq. З 8, № 12; Багаєв С. Н., Чеботаєв Ст.П., Лазерні стандарти частоти, "УФН", 1986, т. 148, с. 143; Knight D. J. E., A tabulation of absolute laser - frequence measurements, "Metrologia", 1986, v 22, p. 251.

Яка частота лазера?

Лазери або оптичні квантові генератори – це сучасні джерела когерентного випромінювання, що мають цілу низку унікальних властивостей. Створення лазерів стало одним із найчудовіших досягнень фізики другої половини XX століття, яке призвело до революційних змін у багатьох галузях науки і техніки. До теперішнього часу створено велику кількість лазерів з різними характеристиками – газових, твердотільних, напівпровідникових, що випромінюють світло у різних оптичних діапазонах. Лазери можуть працювати в імпульсному та безперервному режимах. Потужність випромінювання лазерів може змінюватися в межах від часток мілівата до 10 12 -10 13 Вт (в імпульсному режимі). Лазери знаходять широке застосування у військовій техніці, технології обробки матеріалів, в медицині, оптичних системах навігації, зв'язку і локації, в прецизійних інтерференційних експериментах, в хімії, просто в побуті і т. д. Хоча перший оптичний квантовий генератор був побудований порівняно недавно ( 1960 р.), сучасне життя вже неможливо уявити без лазерів.

Однією з найважливіших властивостей лазерного випромінювання є надзвичайно високий рівень його монохроматичності, недосяжна у випромінюванні нелазерних джерел. Це та інші унікальні властивості лазерного випромінювання виникають у результаті узгодженого, кооперативного випромінювання світлових квантів багатьма атомами робочої речовини.

Щоб зрозуміти принцип роботи лазера, потрібно уважніше вивчити процеси поглинання та випромінювання атомами квантів світла.Атом може бути у різних енергетичних станах з енергіями , тощо. буд. Теоретично Бора ці стану називаються стабільними. Насправді стабільним станом, у якому атом без зовнішніх збурень може бути нескінченно довго, є лише стан із найменшою енергією. Цей стан називають основним. Усі інші стани нестабільні. Збуджений атом може перебувати в цих станах лише дуже короткий час, після чого він мимоволі переходить в один з нижчих станів, випускаючи квант світла, частоту якого можна визначити з другого постулату Бора. Випромінювання, що випускається при мимовільному переході атома з одного стану в інший, називають спонтанним . На деяких енергетичних рівнях атом може перебувати значно більше часу. Такі рівні називаються метастабільними.

Перехід атома у більш високий енергетичний стан може відбуватися при резонансному поглинанні фотона, енергія якого дорівнює різниці енергій атома в кінцевому та початковому станах.

Переходи між енергетичними рівнями атома не обов'язково пов'язані з поглинанням чи випромінюванням фотонів. Атом може придбати або віддати частину своєї енергії та перейти в інший квантовий стан у результаті взаємодії з іншими атомами чи зіткнень з електронами. Такі переходи називаються безвипромінювальними.

Тепер найголовніше. У 1916 році А. Ейнштейн передбачив, що перехід електрона в атомі з верхнього енергетичного рівня на нижній може відбуватися під впливом зовнішнього електромагнітного поля, частота якого дорівнює своїй частоті переходу.Випромінювання, що виникає при цьому, називають вимушеним або індукованим. Вимушене випромінювання має дивовижну властивість. Воно різко відрізняється від спонтанного випромінювання. В результаті взаємодії збудженого атома з фотоном атом випускає ще один фотон тієї ж частоти, що поширюється в тому ж напрямку. На мові хвильової теорії це означає, що атом випромінює електромагнітну хвилю, у якої частота, фаза, поляризація та напрямок поширення такі самі, як і у початкової хвилі. В результаті вимушеного випромінювання фотонів амплітуда хвилі, що розповсюджується в середовищі, зростає. З точки зору квантової теорії, в результаті взаємодії збудженого атома з фотоном, частота якого дорівнює частоті переходу, з'являються два абсолютно однакові фотона-близнюки.

Саме індуковане випромінювання є фізичною основою лазерів.

На рис. 6.4.1 схематично представлені можливі механізми переходів між двома енергетичними станами атома з поглинанням чи випромінюванням кванта світла.

Умовне зображення процесів (a) поглинання, (b) спонтанного випромінювання та (c) індукованого випромінювання кванта

Розглянемо шар прозорої речовини, атоми якої можуть перебувати в станах з енергіями та . Нехай у цьому шарі поширюється випромінювання резонансної частоти переходу. Згідно з розподілом Больцмана, при термодинамічній рівновазі більша кількість атомів речовини перебуватиме в нижньому енергетичному стані. Деяка частина атомів буде і у верхньому енергетичному стані, отримуючи необхідну енергію при зіткненнях коїться з іншими атомами.Позначимо населеності нижнього та верхнього рівнів відповідно через і. При поширенні резонансного випромінювання у такому середовищі відбуватимуться всі три процеси, зображені на рис. 6.4.1. Ейнштейн показав, що процес (a) поглинання фотона незбудженим атомом і (c) індукованого випромінювання кванта збудженим атомом мають однакові ймовірності. Оскільки поглинання фотонів відбуватиметься частіше, ніж індуковане випромінювання. В результаті випромінювання, що пройшло через шар речовини, буде послаблюватися. Це нагадує появу темних фраунгоферівських ліній у спектрі сонячного випромінювання. Випромінювання, що виникає в результаті спонтанних переходів, некогерентно, поширюється у всіляких напрямках і не дає вкладу в хвилю, що проходить.

Щоб хвиля, що проходить через шар речовини, посилювалася, потрібно штучно створити умови, за яких , тобто створити інверсну населеність рівнів . Таке середовище є термодинамічно нерівноважним. Ідея використання нерівноважних середовищ для отримання оптичного посилення вперше була висловлена ​​В. А. Фабрикантом у 1940 році. У 1954 році російські фізики Н. Г. Басов і А. М. Прохоров і незалежно від них американський вчений Ч. Таунс використали явище індукованого випромінювання для створення мікрохвильового генератора радіохвиль з довжиною хвилі. За розробку нового принципу посилення та генерації радіохвиль у 1964 році всі троє були удостоєні Нобелівської премії.

Середовище, в якому створено інверсне населення рівнів, називається активним . Вона може бути резонансним підсилювачем світлового сигналу.Для того, щоб виникала генерація світла, необхідно використовувати зворотний зв'язок. Для цього активне середовище потрібно розташувати між двома високоякісними дзеркалами, що відбивають світло суворо тому так, щоб воно пройшло багаторазово через активне середовище, викликаючи лавиноподібний процес індукованої емісії когерентних фотонів. При цьому в середовищі має підтримуватись інверсна населеність рівнів. Цей процес у лазерній фізиці прийнято називати накачуванням.

Початок лавиноподібного процесу в такій системі за певних умов може покласти випадковий спонтанний акт, при якому виникає випромінювання, спрямоване вздовж осі системи. Через деякий час у такій системі виникає стаціонарний режим генерації. Це і є лазер. Лазерне випромінювання виводиться назовні через одне (або обидва) із дзеркал, що має часткову прозорість. На рис. 6.4.2 схематично представлено розвиток лавиноподібного процесу у лазері.

Існують різні способи одержання середовища з інверсною населеністю рівнів. У рубіновому лазері використовується оптичне накачування, атоми збуджуються за рахунок поглинання світла. Але для цього недостатньо лише двох рівнів. Яким би потужним не було світло лампи-накачування, число збуджених атомів не буде більшим за кількість незбуджених. У рубіновому лазері накачування проводиться через розташований вище третій рівень (рис. 6.4.3).

Трирівнева схема оптичного накачування. Вказані «часи життя» рівнів та . Рівень – метастабільний. Перехід між рівнями та безвипромінювальний. Лазерний перехід здійснюється між рівнями та . У кристалі рубіну рівні , і належать домішковим атомам хрому

Після спалаху потужної лампи, розташованої поряд з рубіновим стрижнем, багато атомів хрому, що входить у вигляді домішки в кристал рубіну (близько 0,05%), переходять у стан з енергією, а через проміжок вони переходять у стан з енергією. У порівнянні з незбудженим рівнем виникає через відносно великий час життя рівня.

Лазер на рубіні працює в імпульсному режимі на довжині хвилі (темно-вишневе світло), потужність випромінювання може досягати в імпульсі.

Одним з найпоширеніших в даний час є газовий лазер на суміші гелію і неону. є неон. Гелій – буферний газ; He–Ne лазера має виняткову, неперевершену монохроматичність. Розрахунки показують, що спектральна ширина лінії генерації He–Ne лазера складає приблизно .

На практиці багато технічних причин заважають реалізувати таку вузьку спектральну лінію He–Ne лазера.Але й реально досягнута монохроматичність випромінювання He-Ne лазера робить цей прилад абсолютно незамінним при вирішенні багатьох наукових та технічних завдань. Перший гелій-неоновий лазер був створений у 1961 році. На рис. 6.4.4 представлена ​​спрощена схема рівнів гелію та неону та механізм створення інверсної населеності лазерного переходу.

Накачування лазерного переходу в неоні здійснюється в такий спосіб. У високовольтному електричному розряді внаслідок зіткнень з електронами значна частина атомів гелію переходить у верхній метастабільний стан. Збуджені атоми гелію неупруго стикаються з атомами неону, що знаходяться в основному стані, і передають їм свою енергію. Рівень неону розташований на 0,05 еВ вище метастабільного рівня гелію. Недолік енергії компенсується за рахунок кінетичної енергії атомів, що соударяются. На рівні неону виникає інверсна населеність по відношенню до рівня , який сильно збіднюється за рахунок спонтанних переходів на рівні нижче. При досить високому рівні накачування суміші гелію і неону починається лавиноподібний процес розмноження ідентичних когерентних фотонів. Якщо кювета з сумішшю газів поміщена між дзеркалами, що відбивають, то виникає лазерна генерація. На рис. 6.4.5 зображено схему гелій-неонового лазера.

Схема гелій-неонового лазера: 1 – скляна кювета із сумішшю гелію та неону, в якій створюється високовольтний розряд; 2 – катод; 3 – анод; 4 - глухе сферичне дзеркало з пропусканням менше 0,1%; 5 – сферичне дзеркало з пропусканням 1–2 %

Сучасні високостабільні гелій-неонові лазери виробляються у моноблочному виконанні. Для цього використовується склоподібна речовина – ситалл, що має практично нульовий температурний коефіцієнт розширення. У шматку ситалу у формі прямокутного паралелепіпеда просвердлюється канал, до торців якого на оптичному контакті приклеюються лазерні дзеркала. Канал заповнюється сумішшю гелію та неону. Катод та анод вводяться через додаткові бічні канали. Така моноблочна конструкція забезпечує високу механічну та теплову стабільність.

Що таке довжина хвилі лазера і за що вона відповідає

Лазерне випромінювання є незвичайною формою енергетичної дії, яка відсутня в природних джерелах світла. Таке випромінювання породжується унікальними пристроями, які називаються оптичними квантовими генераторами або лазерами. Розмір довжини хвилі характеризується як дистанція, яку вона долає протягом одного повного коливання, відповідна проміжку між двома сусідніми точками. Залежно від конкретної моделі та призначення, довжина хвилі лазера може змінюватись від кількох сотень до тисяч нанометрів, а в області ультрафіолетового випромінювання цей показник ще менший. Різноманітність довжин хвиль та його частот застосовується у найрізноманітніших секторах науку й техніки, відкриваючи маємо нові перспективи. Випромінювання в оптичному діапазоні, як правило, кваліфікується в нано-або мікрометрах. Світло поширюється від свого джерела аналогічно хвиль, що формуються на водній поверхні, маючи свою амплітуду, тривалість та довжину. Нанометри є звичайною одиницею виміру для довжини хвилі, причому видиме людиною світло охоплює діапазон від 400 до 700 нм.Кожен колір відповідає своїй довжині хвилі, і лише частина їх потрапляє у рамки видимого спектра. Хвилі, чия довжина перевищує видимий спектр, класифікуються як інфрачервоні, та його діапазон лежить між 700 нм і 1 мм. Лазерні діоди нині займають одне з провідних місць серед генераторів лазерного випромінювання. Особливості їх дизайну та матеріали, що застосовуються, задають характерну довжину хвилі. Проте чи все лазерні довжини хвиль відповідають певним потребам, що робить актуальним застосування методів перетворення. Деякі елементи і гази можуть випромінювати з різними довжинами хвиль, при цьому остаточна довжина хвилі визначається оптичною конструкцією пристрою.

Характеристики лазерного світла в порівнянні зі звичайним

• монохроматичність (світло, вироблене лазером, включає тільки одну конкретну довжину хвилі, для порівняння - звичайне біле світло є комбінацією безлічі довжин хвиль, що охоплюють все видиме випромінювання);
• фокусування (світловий потік лазера виходить практично паралельно, на противагу світла від стандартних джерел, що розсіюється в різних напрямках);
• когерентність (у звичайних світлових джерел вона може бути велика у самого джерела, але швидко знижується з відстанню, проте у лазерного світла, завдяки його вузькому фокусу, інтенсивність зберігається навіть на далеких дистанціях).

Навіть слабкі лазери здатні концентрувати значну кількість енергії на одній довжині хвилі, забезпечуючи більшу потужність, ніж у багатьох потужніших світлових джерел.

Характеристики лазерного випромінювання та його кольорова гама

Світлова палітра лазерного випромінювання, або, простіше кажучи, його колірна гама визначається діапазоном довжин хвиль, що генеруються лазерною системою. Колірна характеристика лазера визначена довжиною його хвилі, яка, своєю чергою, залежить від властивостей самого лазера та компонентів, що використовуються при його створенні.

Типові колірні діапазони лазерів та їх довжини хвиль:

• червоне випромінювання: близько 630-670 нм;
• зелене: 532 нм;
• синє: близько 445-450 нм;
• жовте: близько 589 нм;
• інфрачервоне: понад 700 нм;
• УФ: нижче 400 нм.

Колірне рішення лазерного випромінювання має практичне значення, оскільки визначає області найбільш ефективного застосування. Наприклад, для астрономічних спостережень та приладів прицілювання краще використовувати зелені лазери завдяки їхній легкій впізнаваності оком.

Червоні лазери широко використовують у пристроях для розпізнавання штрих-кодів і лазерних указках. Синя гама застосовується в медицині та офтальмології. Варто врахувати, що короткі довжини хвиль становлять більший ризик зору і шкіри.

Близький інфрачервоний діапазон часто використовується у фізіотерапії завдяки його проникаючим властивостям та дбайливому впливу на тканини.

Як визначити частоту лазерного світла?

Для встановлення довжини хвилі лазерного світла існує багато методів.

Спектральні аналізатори

Такі пристрої дозволяють вивчати спектр лазерного світла і точно визначати його довжину хвилі. Їх механізм дії базується на розподілі випромінювання за різними частотами та подальшою оцінкою інтенсивності кожної частоти.

Фільтри з інтерференційними властивостями

Ці фільтри служать виявлення та аналізу певної довжини хвилі в лазерному випромінюванні.Вони діють шляхом вибіркового пропускання або відображення світлових хвиль певної частоти, блокуючи при цьому інші.

Дифракційні структури

З допомогою дифракційних структур лазерне випромінювання поділяється окремі частоти. Такий процес дозволяє аналізувати кутове розподілення світлових хвиль, що безпосередньо пов'язане з їх частотою, і таким чином визначити довжину хвилі.

Світлові спектрографи

Ці інструменти відрізняються високою точністю та здатністю до детального аналізу лазерного спектру. Їх принцип роботи поєднує дифракційні структури та фотосенсори для вимірювання інтенсивності випромінювання на кожній частоті.

Підхід до визначення довжини хвилі лазера вибирається виходячи з потрібного ступеня точності та специфіки лазерного пристрою.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ

Як обробляти алюміній
Алюміній виділяється як основний компонент, що широко застосовується в машинобудівних майстернях по всьому світу. Особливу цінність матеріалу представляє його поєднання легкості з міцністю, що дозволяє проводити обробку швидко і з високою ефективністю. Це сприяє високій конкурентній напруженості, особливо в секторі виробництва.

Досягнення у металообробці — чим запам'яталося десятиліття
За останнє десятиліття металообробка зазнала значних змін завдяки впровадженню передових технологій.

Особливості лазерного різання різних металів: алюміній, мідь, нержавіюча сталь
Лазерне різання - це інноваційний метод точної обробки матеріалів, в основі якого лежить використання потужного лазерного випромінювання. Джерело енергії генерує лазерний промінь, який потім проходить через складну оптичну систему, що складається з низки лінз та дзеркал.