Энергетические параметры и характеристики лазерного излучения

Эти параметры и характеристики определяют величины энергии и мощности лазерного излучения, плотности этих величин. Вместе с про-странственными параметрами они определяют фотометрические соот-ношения в лазерном пучке.

Такие параметры лазерного излучения как энергия излучения Q, энергия импульса излучения Q _и, мощность излучения Ф, средняя мощ-ность излучения Ф_ср, максимальная мощность импульса излучения Ф_{и max}, плотность энергии M_w и мощность М_р излучения, средняя плотность энергии Q _ср, мощности M _ср (усредненные по сечению пучка) определя-ются общепринятым образом и не требуют особого пояснения. Заметим лишь, что непрерывное излучение характеризуется величиной мощно-сти излучения, а излучение в виде импульсов – либо мощностью, либо энергией, причем эти величины связаны между собой через длитель-ность импульса. Режим регулярной последовательности импульсов ха-рактеризуется средней мощностью излучения:

Φ _ñð = _è ^∆ _T ^t,

где t –длительность импульса, Т –период повторения импульсов.Следует также заметить, что значение энергии и мощности лазер-

ного излучения определяется таким образом, чтобы характеризовать излучение полностью (а не по какому-либо уровню).

Фотометрические величины в лазерном излучении имеют некото-рые особенности, которые определяются следующими факторами:

отсутствием в лазере реальной излучающей поверхности; модовым составом излучения, что является причиной принципи-

ально неравномерного распределения энергии излучения в поперечном сечении пучка и по угловым направлениям;

особой структурой пучка, определяемой дифракционным характе-ром расходимости излучения, имеющем место при отсутствии реально-го ограничения пучка.

Следует также отметить, что к лазеру как источнику излучения нельзя применять законы теплового излучения (законы Кирхгофа, Сте-фана–Больцмана, Вина) вследствие совершенно различной природы те-плового излучения и излучения лазера.

Дадим определение некоторых фотометрических величин приме-нительно к лазерному излучению. Энергия излучения (лучистая энер-гия) Q_e представляет собой поток вынужденного излучения лазера, проходящего через поперечное сечение пучка в заданный промежуток времени. Если излучение происходит в видимом диапазоне спектра, то наряду с лучистой энергией можно использовать понятие световой энергии Q _ν. Поток излучения (лучистый поток) Ф _e представляет собой энергию вынужденного излучения (энергию генерации), проходящего через поперечное сечение пучка в единицу времени:

Φ _e = ^dQ _dt ^e.

Если излучение происходит в видимом диапазоне спектра, то наря-ду с потоком излучения можно использовать понятие светового потока Ф_ν. Поскольку излучение лазера монохроматично, то переход от энерге-тических величин к световым осуществляется соотношением:

Φ _n = 683Φ _eV _λ,

где 683 – световой эквивалент лучистой энергии на длине волны, соот-ветствующей максимуму чувствительности глаза (λ = 0,55 мкм), лм/Вт; V _λ–коэффициент относительной видности глаза на длине волны из-лучения лазера.

Энергетическая сила света (сила излучения) I_e (в видимом диапазо-не спектра сила света I _ν) – величина лучистого потока, приходящаяся на единицу телесного угла:

I_e = ^d_d ^Φ_ω ^e.

Пользоваться величиной I_e (или I _ν) можно лишь в дальней зоне, где пучок характеризуется постоянной расходимостью.

Поверхностная плотность потока излучения (энергетическая свети-мость) М_e (при видимом излучении светимость М _ν) определяет величи-ну лучистого потока, излучаемого с единицы поверхности излучателя:

M_e = ^d_ds ^{Φ e}.

По отношению к лазерному излучению поверхностную плотность можно определить как отношение потока к площади поперечного сече-ния пучка. Понятие энергетической светимости полностью совпадает с понятием энергетической освещенности (облученности) Е_e.

Лучистость (энергетическая яркость) L_e (в видимом диапазоне яр-кость L _ν) представляет собой величину лучистого потока, распростра-няющегося в единице телесного угла с единицы площади излучающей поверхности. Понятие яркости применительно к лазерному излучению следует применять очень осторожно и обоснованно, так как многие ла-зеры эквивалентны точечному излучателю, к которому это понятие не-применимо. Естественно, что излучение лазера не подчиняется закону Ламберта, и яркость нельзя определять, пользуясь выражением:

L_e = ^M _π ^e.

Энергетическое количество освещения (энергетическая экспози-ция) Н_е – произведение энергетической освещенности (облученности) на время действия излучения: H _e = dE_e dt.