От чего зависит диаметр лазерного луча? От чего зависит длительность лазерного импульса (фемтосекундные лазеры)? Существуют ли теоретические пределы для диаметра и длины импульса? Где искать теоретическую базу?
ОТВЕТ
В подавляющем большинстве случаев геометрические свойства световых пучков (в частности, лазерных) могут быть описаны в терминах так называемого приближения гауссовых пучков.
Оказывается, в однородной среде, такой как воздух, вода или блок стекла, луч всегда сходится или расходится - невозможно получить "параллельный" луч, имеющий одинаковое поперечное сечение на конечной длине.
Точка, в которой луч имеет наименьший диаметр, называется талией. То, что в геометрической оптике называется фокусом (точкой пересечения лучей), в гауссовой оптике называется талией.
Насколько малым может быть луч в сужении за линзой, зависит от: размера сфокусированного луча (чем больше луч, падающий на линзу, тем меньше размер сужения), фокусного расстояния линзы (чем короче фокусное расстояние, тем меньше размер сужения) и длины волны света (более короткие волны могут быть сфокусированы "плотнее"). В качестве первого приближения можно предположить, что размер пучка в сужении имеет порядок длины волны.
Что касается длины световых импульсов, то здесь ограничением является ширина спектра - следует помнить, что световые импульсы не являются монохроматическими, а состоят из множества цветов (частот).
Чтобы произвести очень короткий лазерный импульс, нам нужен очень широкий спектр - фемтосекундные лазеры иногда даже светят белым светом, потому что спектр охватывает весь видимый диапазон.
Например, для генерации импульса длительностью 10 фемтосекунд в ближней инфракрасной области необходим спектр около 100 нм.
Ограничением на минимальную длину импульса является спектр - для получения импульса длительностью менее одного оптического цикла (т.е. для видимой области около 2-3 фс), он должен достигать очень низких частот, в крайних случаях до нулевой частоты.
Поэтому можно приблизительно предположить, что минимальная длительность импульса составляет один цикл колебаний электромагнитного поля - поэтому импульсы еще меньшей длительности, аттосекунды, производятся только в ультрафиолете и более коротких длинах волн.
Комментарии
Отправить комментарий