Лазерная техника и технологии

Московский Государственный Технический Университет имени Н. Э. Баумана

 

Кафедра МТ-12

Лазерная техника и технологии

 

ФОКУСИРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ ЛТУ

Лекционный курс за 8ой семестр

Преподаватель Богданов А.В.

Лекции

Студента группы МТ-12-81

________________________

4.8. ПОТЕРИ СВЕТА В ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ.

 

Прохождение световых потоков через оптические системы связано со световыми потерями. Световые потери слагаются из потерь на отражение при преломлении на полированных поверхностях оптических деталях и потерь на поглощение при прохождении светом толщины материала оптического элемента.

Потери на отражение от преломляющих поверхностей определяются коэффициентом отражения:

 

Углы i и i' связаны законом преломления n sin i = n'sin i'

Наибольшие потери происходят на поверхности раздела, когда одна из сред является воздухом, и наименьшее, когда смежные среды имеют близкие значения показателей преломления. Это имеет место в сменных линзах.

Для случая воздух-стекло формула (4.116) дает следующие значения коэффициента отражения при разных углах падения:

n=1 n'=1.63

 

I	00	300	450	600	800	850	900
100×R	5.7	5.9	6.8	10.9	40.4

 

В реальных оптических системах углы падения редко превышают 45⁰ градусов.

Наиболее интересен частный случай когда i = i'. Это соответствует нормальному падению излучения на поверхность материала. Формула Френеля упрощается и принимает вид

 

При n = 1, n' = 1.63, R= 0.057, при n = 1, n' = 1.5, R= 0.04.

Если система имеет N поверхностей, граничащих с воздухом, то коэффициент пропускания системы будет:

t =

где N - число поверхностей

t - отношение потока прошедшего к начальной величине потока.

 

Коэффициентом пропускания t называется отношение величины потока Ф прошедшего через слой к начальной величине потока Ф₀ :

Потери на поглощение в различных материалах имеют различную величину и характеризуются коэффициентом пропускания. Для оптических стекол в среднем можно полагать, для видимого диапазона, потерю равную 1% на 1 см пути света в стекле. Если путь в стекле равен l см, то коэффициент пропускания стекла будет равен: (ст - стекло)

l - толщина материала, через который проходит излучение.

Общий коэффициент пропускания равен произведению коэффициентов пропускания отдельных оптических элементов:

 

Для уменьшения потерь излучения применяют просветляющие покрытия.

Для зеркальных систем коэффициент отражения можно определить двумя путями:

® 1. Экспериментально

® 2. Теоретически

При теоретическом определении коэффициент отражения от металлической поверхности считают что часть излучения преломляется на поверхности металла, а часть отражается.

Определить коэффициент отражения можно по формуле:

 

где n – коэффициент преломления металла;

a – коэффициент поглощения металла;

k – показатель поглощения.

Для l >4 мкм коэффициент отражения металлических покрытий можно рассчитать исходя из формулы Друде: l »10 мкм

.

Для удобства расчета удельное сопротивление (r_m) в [Oм/м], а длину волны l в [мкм].

Для других длин волн можно определить R через оптические свойства металлов, которые характеризуются комплексным абсолютным показателем преломления:

где

e - комплексная относительная диэлектрическая проницаемость металла.

n и k являются оптическими характеристиками металла. Они зависят от природы металла и частоты падающего света. Мнимая часть комплексного преломления характеризует поглощение света в металле, происходящее в соответствии с законом Бугера-Ламберта, который говорит, что поглощение света в веществе:

где I₀ - интенсивность волны на входе в материал толщиною;

I - интенсивность волны на выходе;

m - линейный коэффициент поглощения (показатель поглощения).

 

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ.

Т Р Е Б О В А Н И Я .

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОХОДНОЙ ОПТИКИ.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ.

1.Выбор материала конкретного типа лазера определяется в первую очередь пропускание излучения нужной длины волны. 2.Мощность, необходимая для проведения тех. процесса (показатель

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ.

- возможность высокой точности изготовления отражающей поверхности - стабильность формы и качества отражающей поверхности в течение; длительного времени эксплуатации.

Материалы для изготовления элементов оптического тракта.

 

Элементами проходной оптики ТЛ являются выходные плоские окна и линзы, служащие для пропускания, транспортирования и формирования выходных пучков лучей и их фокусировки на обрабатываемый объект.

Выбор материалов для элементов проходной оптики конкретного типа лазера определяется, в первую очередь, пропусканием излучения той длинны волны, на которой лазер работает.

 

Газовые лазеры.

Мощность (энергия) излучения, необходимая для выполнения таких технологических операций, как сварка, сверление, разметка, термообработка и др.,… Гамма материалов, прозрачных в этой области, весьма широкая. Однако эту гамму… · высокая оптическая прочность, позволяющая достичь требуемых значений поверхностного и объемного порога разрушения и…

Твердотельные лазеры и сравнение с газовыми.

Для транспортировки излучения твердотельного лазера используют обычно два вида оптических трактов: оптический тракт на основе зеркально-линзовых… Стандартный оптический тракт лазерной установки состоит из элементов,… Для технологических газовых лазеров используют металлические или полупроводниковые зеркала, охлаждаемые водой. На них,…

Таблица 2.3

Матеpиалы для изготовления пpоходной оптики

Технологических лазеров [92,93,94,95].

------------------------------------------------------¬ ¦ Кристаллические галогениды и полупроводники ¦ +-------------------------T---------------------------+

Примечание: (+) наиболее часто применяемые материалы

 

92. Оптическое стекло: Каталог СССP ГДP.

93. Ю.М.Климков, Пpикладная лазеpная оптика.-М.:Машиностpоение,

1985г.-349с.

94. Технологические лазеpы:Спpавочник:В 2 т.Т 2 Г.А.Абильсиитов,

В.Г.Гонтаpь,А.А.Колпаков и дp.Под общ.pед.Г.А.Абильсиитова.-

М.:Машиностpоение. 1991.-544с.

95. Оптические матеpиалы для инфpакpасной техники/ E.М.Воронкова,

Б.Н.Гречушников,Г.И.Дистлеp,И.П.Петpов.-M.:Наука.1965.-344c.

96. A.B.Иванов Пpочность оптических матеpиалов.-Л.:Машиностpоение.

Ленингpадское отделение ,1989г.-144с.