tSIE∆ I S t I S t ∆ = ∆ , SI SI = S P I =

102
ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ
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: [email protected], [email protected]
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-
2
i1
i2
i3
O
i3
1
i1
i2
3
Схематическое изображение хода лучей лазерного излучения при прохождении кюветы сферической формы с раствором:
1 – лазерный луч; 2 – стеклянная кювета; 3 – исследуемая проба;
i1, i2, i3 – 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]:
I  I 0 exp
 

ρ2
w2
(1)
где I0 – интенсивность лазерного луча в центре
его симметрии; w – радиус лазерного луча;
ρ – радиус-вектор.
Найдем изменение интенсивности излучения при изменении площади его поперечного
сечения.
Пусть за время Δt через поперечное сечение
S проходит энергия Е, тогда будет иметь место
следующее равенство:
E  I ср St
где Iср – средняя интенсивность излучения в поперечном сечении площадью S.
Пусть площадь поперечного сечения изменится от значения S1 до значения S2, тогда считая, что потерь энергии нет, по закону сохранения энергии для первого и второго сечения получим:
Е1= Е2,
I ср1S1t  I ср2 S2 t ,
I ср1 S1  I ср 2 S 2 .
(2)
В тоже время
I ср 
P
,
S
(3)
где P – мощность излучения проходящего через
поперечное сечение площадью S.
103
ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ
С учетом (1), мощность излучения проходящего через поперечное сечение площадью S
определится выражением:
P   I 0 exp
s
  ds .

жение (5) с учетом потерь энергии запишется
в виде:
w1
2
w2
I 02  I 01e
Переписав данное выражение с учетом (3)
получим:
2

w
I0 2
2
(4)
 d   ρ e w dρ .
S 0
0
Подставим выражение (4) в (2) считая, что
поперечное сечение лазерного излучения имеет
форму круга диаметром 2w, получим:
I ср 
w1
I 02  I 01
 ρe

ρ2
w12
dρ
0
w2
 ρe

(5)
2
w22
dρ
0
где w1 – радиус лазерного пучка в его сечении
площадью S1; w2 – радиус лазерного пучка в его
сечении площадью S2; I01 – интенсивность в центре пучка с площадью сечения S1; I02 – интенсивность в центре пучка с площадью сечения S2.
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-

_ 1L1 2 L2


 ρe
ρ2
w12
dρ
0
w2
 ρe

ρ2
w22
(6)
dρ
0
где µ1 – коэффициент затухания лазерного излучения в первой среде; µ2 – коэффициент затухания лазерного излучения во второй среде;
L1 – расстояние от сечения с диаметром 2w1 до
границы раздела двух сред; L2 – расстояние от
границы раздела двух сред до сечения с диаметром 2w2; ξ – 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.
УДК 621.375.8
Б. И. Деулин, Э. В. Карпович
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР НА ОРГАНИЧЕСКИХ КРАСИТЕЛЯХ
С ЭПОКСИПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЕЙ-РАДИАТОРОМ
ФГБОУ ВПО Орловский государственный аграрный университет
E-mail: boris1967 [email protected], [email protected], [email protected]
Жидкостные лазеры на красителях обладают рядом недостатков, связанных с необходимостью прокачки
растворов красителей, возможностью их испарения и взрывоопасностью. В статье предлагается использовать в качестве активного элемента твердотельную эпоксиполимерную матрицу-радиатор с внедренным в
нее органическим красителем.
Ключевые слова: органические красители, эпоксиполимер, твердотельный лазер, теплопроводность, накачка.
Liquid dye lasers have a number of disadvantages associated with the necessity of pumping dye solutions, the
possibility of evaporation and explosion. The article proposes to use as an active element solid epoksipolimer matrix
radiatorincorporated in organic dye.
Keywords: organic dyes, epoxypolymer, solid-state laser, thermal conductivity, pumping.
С целью устранения недостатков присущих
жидкостным лазерам оте-чественной промышленностью был освоен выпуск твердотельного лазера (рис. 1) на красителях с когерентной накач-
кой типа ЛКИ-301 с матрицей на основе полиметилметакрилата (ПММА). Лазерный материал на
основе ПММА обладает рядом недостатков: низкой теплопроводностью (λ=0,18 Вт·К-1м-1); невысо-