ЯРКОСТЬ
Понятие яркости В источника света или лазерного источника кратко рассматривалось в главе 1 (см. выражения (1.4.3) и (1.4.4)). Следует заметить, что наиболее существенным параметром лазерного пучка (и, вообще говоря, любого источника света) является не мощность и не интенсивность, а яркость. Об этом также говорилось в разделе 1.4.4, где было показано, что максимальное значение интенсивности, которое можно получить с помощью фокусировки пучка, пропорционально яркости этого пучка, см. выражение (1.4.6). Более того, несмотря на то, что интенсивность пучка можно увеличить теми или иными способами, его яркость увеличить нельзя. На рис. 11.10 приведена простая схема с конфокальными линзами, которая позволяет уменьшить диаметр пучка (при условии, что /2 < А) и> следовательно, увеличить его интенсивность. Однако расходимость выходного пучка (~ Х/Б2) будет больше, чем расходимость входного пучка (~Х/Вг) и> следовательно, яркость останется неизменной. Это свойство, продемонстрированное на конкретном примере, справедливо и в общем случае (даже для некогерентных источников света). Для описанной выше схемы формирования изображения и для данного источника света изображение не может быть ярче исходного
источника излучения (это справедливо при условии, что источник и изображение находятся в среде с одним и тем же показателем преломления).
|
-^г/^і~ /г/Л Рис. 11.10 Метод увеличения интенсивности лазерного пучка |
Яркость лазерного источника на несколько порядков величины больше, чем яркость наиболее мощных некогерентных источников. Это обусловлено чрезвычайно высокой направленностью лазерного пучка.
Сравним, например, Аг лазер, генерирующий на длине волны X = 514 нм (зеленое излучение), мощность которого составляет 1 Вт, с наиболее ярким обычным источником света. Таким источником может быть ртутная лампа высокого давления (лампа фирмы РЕКЬаЪв типа 107/109), имеющая электрическую мощность ~100 Вт, оптическую выходную мощность Рои1 = 10 Вт и яркость Б - 95 Вт/(см2 ср) для наиболее интенсивной излучаемой ею зеленой линии с длиной волны X = 546 нм.
Предположим, что лазер генерирует на моде ТЕМ00, тогда площадь поперечного сечения лазерного пучка можно определить как А = (пюI /2), где ю0 — размер пятна в перетяжке пучка. Число 2 в знаменателе подразумевает, что ю0 на самом деле представляет собой размер пятна по амплитуде поля лазерного излучения на уровне (1/е), а не по интенсивности излучения. Кроме того, поскольку расходимость поля на уровне (1/е) определяется как 0 = (Х/пьи0), телесный угол излучения может быть записан в виде О = (л02/2). Яркость этого лазерного источника может быть теперь записана как В = (Р/АО), где Р — его мощность. Из предыдущих двух выражений для площади сечения пучка и телесного угла излучения можно записать следующее соотношение:
В = (4РД2). (11.6.1)
Подставляя соответствующие значения Р и X для этого лазера, получаем Б « 1,6 • 109 Вт/(см2 ср). Таким образом, яркость Аг лазера более чем на 7 порядков величины превышает яркость лампы. Теперь, поскольку максимальные значения интенсивности, достигаемые в результате фокусировки излучения от соответствующих источников, пропорциональны яркости, можно количественно обосновать причину применения в таких приложениях, как сварка и резка материалов, именно сфокусированных лазерных пучков, в отличие от сфокусированного излучения лампы.
