Влияние изменения площади поперечного сечения лазерного луча на его интенсивность

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 535. 232. 14
Б. И. Деулин
ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПЛОЩАДИ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ЛУЧА НА ЕГО ИНТЕНСИВНОСТЬ
ФГБОУ ВПО Орловский государственный аграрный университет E-mail: teploteh@orelsau. ru, boris1967or@qip. ru
Площадь поперечного сечения лазерного луча может изменяется из-за его расходимости и при прохождении им различных объектов. В статье рассмотрено определение интенсивности лазерного излучения в зависимости от изменения площади поперечного сечения луча.
Ключевые слова: лазер, интенсивность, лазерный луч, поперечное сечение, спектроскопия.
When passing different objects and because of divergence the cross-section area of a laser beam can changes. This article is about detecting intensity of a laser radiation in case of cross-section area change.
Keywords: laser, intensity, the laser beam, cross-section, spectroscopy.
В современном машиностроении широко применяются водные растворы различных веществ. При этом часто возникает необходимость определения их химического состава. Наиболее экспрессными методами с наилучшими аналитическими характеристиками для определения химического состава водных растворов являются спектральные методы анализа с лазерными источниками света, так как техника обработки их сигналов хорошо развита и поддается автоматизации.
Водные растворы могут находиться в сосудах различной формы. При прохождении лазерного луча через такие сосуды с растворами может иметь место изменение площади его поперечного сечения из-за преломления на грани-
7Г7.
'-/.У.
У.У У,'-/, '-/'-А
У. У
У.У 4'-/,
У.У. '-4'-А
¦'-.у.
і
і ?У У
Схематическое изображение хода лучей лазерного излучения при прохождении кюветы сферической формы с раствором:
1 — лазерный луч- 2 — стеклянная кювета- 3 — исследуемая проба- іі, і2, із — углы падения и преломления
цах раздела различных сред, смотрите рис. При расчетах мощности сигнала, поступающего из раствора в приемник необходимо учитывать интенсивность лазерного луча. Поэтому возникает необходимость определения зависимости изменения интенсивности лазерного луча от изменения площади его поперечного сечения.
Как известно, интенсивность лазерного излучения в поперечном сечении светового пучка имеет вид [2]:
1=1-exp (-)
(1)
где 10 — интенсивность лазерного луча в центре его симметрии- ^ - радиус лазерного луча- р — радиус-вектор.
Найдем изменение интенсивности излучения при изменении площади его поперечного сечения.
Пусть за время А (через поперечное сечение S проходит энергия Е, тогда будет иметь место следующее равенство:
Е = I Ср БЬ
где 1ср — средняя интенсивность излучения в поперечном сечении площадью Б.
Пусть площадь поперечного сечения изменится от значения Б до значения Б2, тогда считая, что потерь энергии нет, по закону сохранения энергии для первого и второго сечения получим:
Е1 = Е2,
VA = 1ср 2 S2 At-Т S = Т S
-'-срі0! ср2 2 '-
В тоже время
(2)
(3)
где Р — мощность излучения проходящего через поперечное сечение площадью Б.
С учетом (1), мощность излучения проходящего через поперечное сечение площадью Б определится выражением:
р = ||10ехр (-)ёэ.
Переписав данное выражение с учетом (3) получим:
р2
I 2п — --
1ср = БI, а (c)I р е-2 ар. (4)
о о о
Подставим выражение (4) в (2) считая, что поперечное сечение лазерного излучения имеет форму круга диаметром 2-, получим:
I = I —
02 01
(5)
I Р е
где -1 — радиус лазерного пучка в его сечении площадью Б1- -2 — радиус лазерного пучка в его сечении площадью 02- 101 — интенсивность в центре пучка с площадью сечения Б1- 102 — интенсивность в центре пучка с площадью сечения о2.
Формула (5) не учитывает потери энергии при прохождении лазерного излучения через среду и отражает лишь изменение интенсивности из-за расходимости луча.
Если изменение площади поперечного сечения вызвано прохождением лазерного излучения через границу раздела двух сред, то выра-
жение (5) с учетом потерь энергии запишется в виде:
I ре-і ар
I ре-2 ар
(6)
где Ц1 — коэффициент затухания лазерного излучения в первой среде- ц2 — коэффициент затухания лазерного излучения во второй среде- Ь1 — расстояние от сечения с диаметром 21 до границы раздела двух сред- Ь2 — расстояние от границы раздела двух сред до сечения с диаметром 22-? — коэффициент учитывающий потери на френелевское отражение при прохождении границы раздела двух сред.
Выражения (5) и (6) могут быть полезны, например, для определения мощности сигнала поступающего в приемник при исследовании химического состава растворов методами флюоресценции и комбинационного рассеяния света, а также при проектировании различных оптоэлектронных устройств автоматических систем.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Деулин Б. И. Современные методы анализа вод // Известия ОрелГТУ. Машиностроение и приборостроение № 4(19). — Орел: ОрелГТУ, 2000, с. 172 — 177.
2. Розеншер Э., Винтер Б. Оптоэлектроника. — М.: Техносфера, 2004. — 592 с.
2
р
2
р
-
2
р
-
2
Р
-

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой