光束
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- 编辑本段基本内容
- 光束
guāngshù
[light beam] 具有一定关系的光线的集合,也就是光波波阵面的法线的集合,称为光束。分为同心光束和平行光束。前者由发光点所发射光线而构成;它与球面波相应。后者为发光点在无限远处发出的光束,它与平面波相应。
高斯光束 - 编辑本段命名
- 通常情形,激光谐振腔发出的基模辐射场,其横截面的振幅分布遵守高斯函数,故称高斯光束. 我们常常会收到客户关于光斑大小的查询,其实问的就是光斑的束腰直径或束腰半径.束腰,是指高斯光绝对平行传输的地方.半径,是指在高斯光的横截面考察,以最大振幅处为原点,振幅下降到原点处的0.36788倍,也就是1/e倍的地方,由于高斯光关于原点对称,所以1/e的地方形成一个圆,该圆的半径,就是光斑在此横截面的半径;如果取束腰处的横截面来考察,此时的半径,即是束腰半径.沿着光斑前进,各处的半径的包络线是一个双曲面,该双曲面有渐近线.高斯光束的传输特性,是在远处沿传播方向成特定角度扩散,该角度即是光束的远场发散角,也就是一对渐近线的夹角,它与波长成正比,与其束腰半径成反比,计算式是:2*波长/(3.1415926*束腰半径),故而,束腰半径越小,光斑发散越快;束腰半径越大,光斑发散越慢.光斑描述如下图: 我们用感光片可以看到,在近距离时,准直器发出的光在一定范围内近似成平行光,距离稍远,光斑逐渐发散,亮点变弱变大;可是从光纤出来的光,很快就发散;这是因为,准直器的光斑直径大约有400微米,而光纤的光斑直径不到10微米.同时,对于准直器最大工作距离的定义,往往可理解为该准直器输出光斑的共焦参数,该参数与光斑束腰半径平方成正比,与波长成反比,计算式是:3.1415926*束腰半径*束腰半径/波长.所以要做成长工作距离(意味着在更长的传输距离里高斯光束仍近似成平行光)的准直器,必然要把光斑做大,透镜相应要加长加粗.
- 编辑本段准直系统计算
- 我们对于准直系统的计算,理论根据就是高斯光束的传输特性计算式.对于线度远大于输入光斑的透镜来讲,该输入光可视为点光源,其远场发散角就是该点光源的"边沿线"夹角;于是我们可根据透镜的具体参数,简单的用几何光学的方法计算该准直系统的光斑大小和最大工作距离.
- 编辑本段意义
- 而从高斯函数,我们可以计算当通光孔径多大时,光能的损失是多少.并不是通光区直径等于或略大于光斑直径时,光能就可以完全通过,事实上,此时的损耗高达0.6dB.简单的估计,是让通光直径是光斑的2倍或以上.
光束角
(beam angle) 指于垂直光束中心线之一平面上,光度等于50%最大光度的二个方向之间的夹角 。光光束角束角 CIE- 国际照明委员会(欧洲)1/2Imax IES- 国际照明学会 (美国)1/10Imax 光束角反应在被照墙面上就是光斑大小和光强。同样的光源若应用在不同角度的反射器中,光束角越大,中心光强越小,光斑越大。应用在间接照明原理也一样,光束角越小,环境光强就越小,散射效果就越差。 光束角大大小受灯泡及灯罩的相对位置的影响。 另发光强度等于1/2峰值光强的方向所包容的角度定义为光束角,一般而言,窄光束:光束角<20度;中等光束:光束角20~40度,宽光束:光束角>40度 - 编辑本段用途
激光具有单色性好、方向性强、亮度高等特点。现已发现的激光工作物质有几千种,波长范围从软X射线到远红外。 激光技术的核心是激光器,激光器的种类很多,可按工作物质、激励方式、运转方式、工作波长等不同方法分类。根据不同的使用要求,采取一些专门的技术提高输出激光的光束质量和单项技术指标,比较广泛应用的单元技术有共振腔设计与选模、倍频、调谐、Q开关、锁模、稳频和放大技术等。 为了满足军事应用的需要,主要发展了以下5项激光技术:①激光测距技术。它是在军事上最先得到实际应用的激光技术。20世纪60年代末,激光测距仪开始装备部队,现已研制生产出多种类型,大都采用钇铝石榴石激光器,测距精度为±5米左右。由于它
激光武器有它的独特性,令它被广泛应用于防空,反坦克,轰炸机自卫等军事用途.激光之所以能成为威力强大的武器,是因为它有三个层次的破坏能力:
1.烧蚀效应 跟激光热加工原理一样,当高能激光束射到目标时,激光的能量会被目标的材料吸收,转化为热能.这些热能足以令目标部分或完全穿孔,断裂,熔化,蒸发,甚至产生爆炸.
2.激波效应 如目标材料被气化,目标材料会在极短时间内产生反冲作用,形成压缩波使材料表面层裂碎开,碎片向外飞时造成进一步破坏.
3.辐射效应 目标材料气化的同时会形成等离子体云,能产生辐射紫外线及X光线,使目标内部的电子零件被破坏。
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参考资料:
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