Как найти мощность вспышки лазера?
Ученик
(122),
закрыт
6 лет назад
Дополнен 11 лет назад
. Рубиновый лазер излучает в импульсе 3,5 • 1019 световых фотонов с длиной волны λ = 694 нм. Чему равна мощность вспышки ла¬зера, если длительность импульса t= 1 • 10-3 с?
SadStar
Мастер
(1762)
11 лет назад
мощность=энергия в единицу времени=E/t
Энергия в данном случае <энергия одного фотона>*<количество фотонов>
Время задано
Энергия фотона= <постоянная Планка>*<частота фотона>
<частота>*<длина волны>=<скорость света>
Преобразовывай
Считай
Источник: старые школьные знания
В сегодняшней статье разберем решение задач на тему «Лазеры».
Ищете полезные материалы для учебы? Подпишитесь на наш телеграм! А если хотите получить скидку на заказ, вы обязательно найдете ее на нашем втором канале для клиентов.
Нужна помощь?
Доверь свою работу кандидату наук!
Задачи по теме «Лазеры»
Традиционно напоминаем: держите под рукой формулы и ознакомьтесь с общей памяткой по решению физических задач
Задача на лазеры №1
Условие
Лазер мощностью 1 мВт излучает свет с длиной волны 632,8 нм. Вычислить поток квантов излучения.
Решение
Запишем выражение для энергии одного фотона:
E0=hϑ=hcλ
Выразим полную энергию всех фотонов N через мощность и через предыдущую формулу для одного фотона:
Е=N·E0E=P·tN·E0=P·t
Выразим поток фотонов:
П=Nt=PE0
Подставим формулу для энергии отдного фотона и вычислим:
П=Pλhc=632,8·10-9·10-36,62·10-34·3·108=31,8·1014 Вт
Ответ: поток квантов излучения П=31,8·1014 Вт
Задача на лазеры №2
Условие
Лазер испускает излучение с длиной волны 330 нм. Определите энергию одного кванта света, испускаемого лазером.
Решение
Для решения этой задачи применим формулу Планка:
Е0=hϑ=hcλ
Здесь E0 – энергия одного кванта излучения (фотона), с – скорость света, λ – длина волны излучения. Подставим значения и вычислим:
E0=6,62·10-34·3·108330·10-9=6·10-19 Дж
Ответ: E0=6·10-19 Дж
Чтобы перевести это значение в электронвольты нужно энергию в Джоулях разделить на значение заряда электрона.
Задача на лазеры №3
Условие
Определите добротность резонатора гелий-неонового лазера из первой задачи по отношению к потерям на излучение, если длина активной зоны 40 см, а коэффициент отражения зеркала составляет 0,9.
Решение
Добротность резонатора определяется выражением:
Q=2πLλ1-R
Здесь R – коэффициент отражения, L – длина резонатора. Подставим значения и вычислим:
Q=2·3,14·0,4632,8·10-91-0,9=39,7·106
Ответ: 39,7·106
Задача на лазеры №4
Условие
Определить теоретически возможную ширину спектральной линии и степень монохроматичности излучения гелий-неонового лазера на длине волны 632,8 нм, если мощность излучения составляет 1мВт, а добротность резонатора 108
Решение
Запишем выражение для добротности резонатора:
Qp=ϑ∆ϑp
Здесь ϑ=сλ0 – центральная частота, ∆ϑp – ширина резонансного пика. Выразим ее из формулы для добротности:
∆ϑp=ϑQp
Ширина спектральной линии определяется по формуле Таунса:
∆ϑсп=8π·∆ϑ2p·hϑP∆ϑсп=8·3,14·27·1024253,6·106·10-27·1016·6,62·10-34103=0,18 Гц
Ответ: 0,18 Гц
Задача на лазеры №5
Условие
Определить соотношения максимальной и минимальной интенсивности интерференционных полос, соответствующих степени когерентности излучения 0,8.
Решение
Уравнение степени когерентности:
V=Imax-IminImax+Imin
При степени когерентности излучения V=0,8:
0,8=Imax-IminImax+Imin
Отсюда:
Imax=9Imin
Ответ: Imax=9Imin
Вопросы на тему «Лазеры» с ответами
Вопрос 1. Что такое лазер?
Ответ. Лазер – источник излучения, усиливаемого в результате индуцированного излучения.
Вопрос 2. Какого типа бывают лазеры?
Ответ. Лазерные установки делят по агрегатному состоянию рабочей среды (активного вещества) – она может быть твердой, жидкой и газообразной.
Вопрос 3. Нарисуйте простейшую схему лазера.
Ответ.
Общая схема оптического квантового генератора (лазера) приведена на рисунке. Необходимые элементы любого лазера:
- Рабочее вещество, в котором может быть осуществлена инверсия (активная среда).
- Устройство, в котором используется какое-либо физическое воздействие на рабочее вещество, позволяющее осуществить инверсию населенности (система накачки).
- Элемент, при помощи которого осуществляется интенсивное взаимодействие излучения с веществом и происходит отбор энергии от возбужденных молекул (оптический резонатор).
- Устройство, обеспечивающее вывод энергии.
Вопрос 4. Назовите области прикладного применения лазеров.
Ответ. Лазеры применяют в разных сферах науки, техники и медицины. Их используют
- для космической связи, в светолокаторах, которые измеряют огромные расстояния с точностью до миллиметров;
- для передачи телевизионных и компьютерных сигналов по оптическому волокну;
- для считывания информации с компакт-дисков, штрих-кодов товаров;
- при хирургических операциях;
- излучение мощных лазеров применяют с целью сварки и резки металла.
- для топографической съемки.
Направление тоннеля под проливом Ла-Манш задавалось с помощью лазерного луча.
Вопрос 5. Как назывались самые первые приборы, предшественники лазеров?
Ответ. Мазеры.
Посмотри примеры работ и убедись, что мы поможем на совесть!
Нужна помощь в учебе? Обращайтесь в профессиональный сервис для студентов в любое время!
Форум РадиоКот • Просмотр темы – Как измерить мощность лазерного луча?
Сообщения без ответов | Активные темы
| ПРЯМО СЕЙЧАС: |
| Автор | Сообщение | ||
|---|---|---|---|
|
|
Заголовок сообщения: Как измерить мощность лазерного луча?
|
||
Зарегистрирован: Чт апр 05, 2007 11:39:13 Рейтинг сообщения: 0
|
Вопрос кажется простым… А вот фигушки! |
||
| Вернуться наверх |
Профиль
|
||
 |
Добавлено: Пт ноя 16, 2007 20:14:48 
| Реклама | |
|
|
|
|
|
ИРБИС |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 1 Рейтинг сообщения: 0
|
Посмотрите стандарты по лазерной технике и безопасности при работе с лазерным излучением. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
Если имеете возможность – зайдите в ближайший центр стандартизации, метрологии и сертификации – вы найдёте всё необходимое: от нормативно-технической документации до специализированной измерительной лаборатории. 
| Реклама | |
|
|
|
|
|
Stog |
Заголовок сообщения:
|
||
Зарегистрирован: Чт апр 05, 2007 11:39:13 Рейтинг сообщения: 0
|
Если учесть, что лазер швейцарского производства, а пункт моего обитания суперместного типа, Ваше предложение кажется весьма затруднительно к исполнению. И все-таки, уже спасибо за столь скорый ответ! |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
ИРБИС |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 1 Рейтинг сообщения: 0
|
Stog писал(а): лазер швейцарского производства Какая разница? Без специальной аппаратуры и точного соблюдения методик, данных в стандартах вы можете намерять всё, что угодно.
А в попугаях-то я гораздо длинее… |
||
| Вернуться наверх | |||
|
| Реклама | |
|
Выбираем источники питания MEAN WELL в открытом исполнении для промышленных устройств В номенклатуре продукции MEAN WELL в Компэл можно легко найти требуемую модель стандартного источника питания практически для всех отраслей применения. Рассмотрим преимущества, эксплуатационные характеристики, схемотехнику и конструктивные решения трех наиболее характерных представителей класса источников питания в открытом исполнении семейств EPS, EPP и RPS, которые могут использоваться для индустриальных устройств. Подробнее>> |
|
|
Stog |
Заголовок сообщения:
|
||
Зарегистрирован: Чт апр 05, 2007 11:39:13 Рейтинг сообщения: 0
|
Ну, правы Вы, конечно… |
||
| Вернуться наверх | |||
|
| Реклама | |
|
|
|
|
| Реклама | |
|
RSDH-150/300 – новые DC/DC-преобразователи со сверхшироким входом от MEAN WELL
Компания MEAN WELL разработала две серии монтируемых на шасси DC/DC-преобразователей со сверхшироким входным диапазоном 250…1500 В (6:1) мощностью 150 и 300 Вт (RSDH-150; RSDH-300). Изделия могут эксплуатироваться при температурах -40…80°С. Подробнее>> |
|
|
ИРБИС |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 1 Рейтинг сообщения: 0
|
Stog писал(а): Вот я и надеюсь, что на форуме есть люди, способные думать широко. А узко – это многие умеют. Здесь речь идет о безопасности при работе с лазерным излучением. Поэтому кустарщина здесь неприемлема. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
Aheir |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 27 Рейтинг сообщения: 0
|
Раз уж исходный лазер оформлен в виде авторучки на батарейках – о безопасности говорить уже поздно.
А если попробовать измерить мощность исходя из температуры, до которой этот лазер может нагреть некое тело с известными параметрами? |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
ИРБИС |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 1 Рейтинг сообщения: 0
|
Aheir писал(а): А если попробовать измерить мощность исходя из температуры, до которой этот лазер может нагреть некое тело с известными параметрами? И сколько оно нагреваться будет? А световое излучение не в счёт? |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
Stog |
Заголовок сообщения:
|
||
Зарегистрирован: Чт апр 05, 2007 11:39:13 Рейтинг сообщения: 0
|
А что световое? Это что, что-то волшебное, что ли? Вообще-то лазерный свет монохроматичен (если не учитывать крошечных потерь на гармоники). То есть – это только световое излучение и есть! Но, какая разница? Весь (ну почти) свет все равно будет поглощен черным телом и приведет к нагреву (закон энтропии однако). Идея интересна. Кстати, этот метод в большинстве случаев и используется. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
tych |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 1 Рейтинг сообщения: 0
|
Надо понять что хочет спрашивающий – измерить мощность лазера или его светимость – т.е. какой ярче. Во втором случае присутствует субъективный фактор цвето-свесто чувствительности конкретного человека. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
ИРБИС |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 1 Рейтинг сообщения: 0
|
Прежде всего, свет – это электромагнитные волны. Вот и советую подумать, что нужно измерять: мощность излучения лазера или яркость пятна? Вещи чуток различные. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
Сэр Мурр |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 46 Рейтинг сообщения: 0
|
Ясен пень- нужно измерить мощность излучения лазера. Пусть не абсолютно, но хоть относительно. Тепловой способ мне кажется наиболее правильным. И не будем отвлекаться на посторонние темы, флудить, так сказать.. Про технику безопасности только сейчас вспомнили, а когда в других темах обсуждались всякие ужасные способы мести гнусным соседям, тогда молчали? |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
Stog |
Заголовок сообщения:
|
||
Зарегистрирован: Чт апр 05, 2007 11:39:13 Рейтинг сообщения: 0
|
О мощности можно судись по разным вещам, в том числе и по яркости пятна определенного размера — все взаимосвязано. Я ищу способ, который работает именно в кустарных условиях. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
ИРБИС |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 1 Рейтинг сообщения: 0
|
Stog писал(а): Я ищу способ, который работает именно в кустарных условиях. Прочитай табличку — там указан класс лазера и его мощность. Точнее кустарным способом не измеришь. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
Aheir |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 27 Рейтинг сообщения: 0
|
Относительно теплового метода: сопоставить “нагревательную способность” испытуемого лазера с таковой для сходного источника с известными параметрами. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
Stog |
Заголовок сообщения:
|
||
Зарегистрирован: Чт апр 05, 2007 11:39:13 Рейтинг сообщения: 0
|
Нет, нет, нет… Чего-то все не так. Я ведь не теоретически подхожу, мол, как это можно сделать в принципе. Я действительно хочу знать – что испускает мой лазер. Последний раз редактировалось Stog Пн ноя 19, 2007 16:19:47, всего редактировалось 1 раз. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
ИРБИС |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 1 Рейтинг сообщения: 0
|
Stog, а измерьте энергию или массу электрона в домашних условиях. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
Aheir |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 27 Рейтинг сообщения: 0
|
Хорошо. А если зная КПД лазеров по данной технологии и измерив потребляемый ток от батарей прикинуть текущую мощность? И, соответственно, узнать, насколько можно увеличить ток? |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
Stog |
Заголовок сообщения:
|
||
Зарегистрирован: Чт апр 05, 2007 11:39:13 Рейтинг сообщения: 0
|
Aheir писал(а): Хорошо. А если зная КПД лазеров по данной технологии и измерив потребляемый ток от батарей прикинуть текущую мощность? И, соответственно, узнать, насколько можно увеличить ток? Вот – вот – вот!!! |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
ИРБИС |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 1 Рейтинг сообщения: 0
|
Stog писал(а): Понимаете, ИРБИС На табличке указывается максимальная мощность излучения, она же подтверждается классом лазера. В кустарных условиях необходимые измерения вы провести не сможете — это я сказал сразу. максимум, что вы сможете измерить — яркость или световой поток. Но мощность излучения вы всё равно не сможете определить. Надоело уже из пустого в порожнее переливать. Если вам так хочется, измерьте на магистральной ЛЭП передаваемую энергию – это попроще будет. А это, чтобы понимали, что такое III класс: мышонок писал(а): Немножко информации по безопасности: КЛАССИФИКАЦИЯ ЛАЗЕРОВ Категории безопасности (ANSI Z136.1-1986): Класс I – не способен причинить биологические повреждения глазам или коже человека при соответствующем использовании, даже при воздействии прямого или отражённого излучения от него. Длина волны (400 – 1400) нм. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
Кто сейчас на форуме |
|
Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 22 |
| Вы не можете начинать темы Вы не можете отвечать на сообщения Вы не можете редактировать свои сообщения Вы не можете удалять свои сообщения Вы не можете добавлять вложения |
Условие задачи:
Мощность излучения лазера 100 Вт, длина волны излучения 1,2·10-6 м. Определите число фотонов, испускаемых лазером в единицу времени.
Задача №11.1.23 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»
Дано:
(P=100) Вт, (lambda=1,2 cdot 10^{-6}) м, (t=1) с, (N-?)
Решение задачи:
Мощность лазера (P) – это общая энергия всех фотонов (E), которые излучаются лазером за единицу времени, поэтому справедливо записать:
[P = frac{E}{t};;;;(1)]
Очевидно, что общая энергия всех фотонов (E) равна произведению энергии одного фотона ({E_0}) на количество этих фотонов (N):
[E = N{E_0};;;;(2)]
Согласно формуле Планка, энергия фотона (E) пропорциональна частоте колебаний (nu) и определяется следующим образом:
[{E_0} = hnu ;;;;(3)]
В этой формуле (h) – это постоянная Планка, равная 6,62·10-34 Дж·с.
Известно, что частоту колебаний (nu) можно выразить через скорость света (c), которая равна 3·108 м/с, и длину волны (lambda) по следующей формуле:
[nu = frac{c}{lambda };;;;(4)]
Подставим сначала (4) в (3), полученное – в (2), и полученное после этого – в формулу (1), тогда получим:
[P = frac{{Nhc}}{{lambda t}}]
Выразим из этой формулы число фотонов (N):
[N = frac{{Plambda t}}{{hc}}]
Мы получили решение задачи в общем виде, подставим численные данные задачи в формулу и посчитаем численный ответ задачи:
[N = frac{{100 cdot 1,2 cdot {{10}^{ – 6}} cdot 1}}{{6,62 cdot {{10}^{ – 34}} cdot 3 cdot {{10}^8}}} = 6 cdot {10^{20}}]
Ответ: 6·1020.
Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.
Смотрите также задачи:
11.1.22 Рубиновый лазер излучает импульс из 10^20 фотонов с длиной волны 693 нм. Длительность
11.1.24 Пучок лазерного излучения с длиной волны 3,3*10^(-7) м используется для нагревания 1 кг
11.1.25 Вычислить энергию фотона в среде с показателем преломления 1,33, если в вакууме длина
Удивительно
то, что частота и длина волны излучения
лазера могут быть измерены с точностями
до 10 значащих цифр, а энергия и мощность
его излучения – в лучшем случае до ~ 1%.
Это связано с трудностями, возникающими
при преобразовании сигнала, пропорционального
энергии и мощности, в цифровую форму с
высокой точностью.
Приемники
излучения по принципу действия можно
разделить на две основные группы:
фотоэлектрические и тепловые.
Тепловые
приемники, например, термоэлементы,
болометры обладают большой постоянной
времени. Они регистрирует сигнал, который
определяется по изменению температуры
чувствительного элемента, возрастающей
при поглощении регистрируемого излучения.
Время тепловой релаксации макроскопического
тела, естественно, на много порядков
превышает период оптических колебаний.
Такие приборы используют для регистрации
постоянных или медленно изменяющихся
во времени сигналов или для измерения
суммарной энергии импульсного излучения.
В
фотоэлектрических приемниках используют
явление фотоэффекта, которое позволяет
регистрировать быстро изменяющиеся во
времени поля, но все же не с оптическими
частотами. Вакуумные фотоэлементы и
фотоумножители (ФЭУ) используют внешний
фотоэффект. Электроны вырываются с
поверхности фоточувствительного слоя
при его освещении.
В
фотодиодах и фотосопротивлениях
используют внутренний фотоэффект.
Воздействие света на некоторые
полупроводниковые материалы приводит
к появлению в объеме материала свободных
носителей заряда. В результате
увеличивается электропроводность
материала (фотопроводимость). Если
освещают область р-п-перехода
полупроводникового фотодиода, то на
его выводах появляется фотоэдс в
результате разделения зарядов внутренним
электрическим полем р-п-перехода.
Таким образом, процесс фотоэлектрической
регистрации света носит принципиально
квантовый характер. Поэтому регистрируемый
фототок неизбежно содержит флуктуации.
Сигнал фотоприемника состоит из суммы
сигналов, соответствующих поглощению
единичного кванта света – одноэлектронных
импульсов. Длительность такого импульса
и возможность его независимой регистрации
зависят от параметров фотоприемника.
В самом элементарном процессе поглощения
фотокатодом кванта света и возникновением
фотоэлектрона, как показывают опыты,
нет никакой временной задержки.
Фотоэлектроны возникают с некоторой
вероятностью сразу же после начала
освещения фотокатода сколь угодно
крутым фронтом светового импульса.
Для
стандартного фотоумножителя длительность
одноэлектронного импульса составляет
~ 10-9
секунды. Она определяется процессами
разгруппирования электронов в лавине,
порожденной первичным фотоэлектроном,
и паразитными емкостями устройства. В
современных полупроводниковых
фотоприемниках минимальная длительность
отклика на дельта-импульс составляет
0,1…1 нс.
Сигнал
произвольной формы, в том числе непрерывный
и постоянный, в фотоэлектрическом
приемнике складывается из большого
числа одноэлектронных импульсов.
Первые
измерители лазерной энергии в качестве
поглотителя использовали просто
спутанный моток тонкой медной проволоки,
диаметром ~ 0,005 мм помещенной в замкнутую
полость с отражающими стенками. Излучение
лазера направляют в эту полость и оно
рассеивается и поглощается проволокой
при многократных отражениях света от
ее поверхности. Конструкция представляет
собой хорошую модель абсолютно черного
тела. Такие измерители называли «крысиным
гнездом». Повышение температуры проволоки
можно просто измерить с помощью
электрического моста по изменению
электрического сопротивления проволоки.
Поэтому такие измерители обладали
неплохой чувствительностью, позволяя
регистрировать импульсы с энергией ~
0,001 Дж. Определенную проблему составляли
вопросы абсолютной калибровки таких
приборов, поэтому их использовали для
относительных измерений энергии.
В
дальнейшем был освоен промышленный
выпуск калориметрических измерителей,
в которых в качестве поглотителя
использовали полость – черное тело,
изготовленное из тонкой черной
металлической пленки. Изменение
температуры регистрировалось термопарой.
Такие измерители дают абсолютные
значения энергии лазерного излучения
При
измерением энергии калориметром не
имеет значения форма импульса или
импульсов, генерируемых лазером.
Инерционный поглотитель световой
мощности интегрирует изменения мгновенной
мощности излучения. В результате
максимальный электрический сигнал
термопары оказывается пропорциональным
энергии импульсного излучения. Такие
измерители позволяют также измерять
мощность непрерывных лазеров и лазеров,
генерирующих регулярные последовательности
коротких и ультракоротких импульсов.
Для
измерения мощности непрерывных лазеров
удобнее пользоваться полупроводниковыми
фотоприемниками: фотодиодами и
фотосопротивлениями. Такие приборы
должны быть прокалиброваны по абсолютному
измерителю.
Для
простых качественных измерений
распределения мощности в лучах лазеров
инфракрасного диапазона используют
копировальную бумагу или засвеченную
фотопленку или фотобумагу. А для
определения энергии импульса – его
способность пробивать отверстие в
бритвенном лезвии. Для прожигания
сквозного отверстия в лезвии сфокусированным
лазерным излучением требуется энергия
~ 1 Дж.
С
широким распространением цифровых
фотокамер в научных исследованиях
рутинными стали измерения пространственных
распределений световой мощности в
лазерных пучках и картинах дифракции
и интерференции лазерных пучков.
Ослабители
Часто требуется ослабить лазерный пучок
до уровня энергии или мощности,
соответствующего линейному динамическому
диапазону используемого фотоприемника.
Располагая хорошо откалиброванным
ослабителем можно определить область,
в которой чувствительность приемника
следует определенному закону (например,
линейному) и исследовать характер
отклонения от этого закона.
В качестве калиброванных ослабителей
используют:
-
пару
поляризаторов; -
набор
нейтральных светофильтров; -
отражение
света от полированной стеклянной
поверхности нормальное, или под
определенным углом. В последнем случае
при использовании многократного
отражения можно получать сильное
калиброванное ослабление в миллионы
раз. Значение доли отраженной или
прошедшей мощности определяется по
формулам Френеля.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
