7.8. Яркость

В гл. 1 [см. рис. 1.7 и выражение (1.13)] мы уже определяли яркость В в данной точке источника света для данного направления излучения. Следует заметить, что наиболее существенным параметром лазерного пучка (и, вообще говоря, любого источника света) является не мощность и не интенсивность, а яркость. Действительно, сравним, например, два лазера 1 и 2, имеющие одинаковые диаметры выходных пучков и мощности излучения, но в одном угол расходимости выходного пучка равен а в другом — , причем . В соответствии с утверждением, сделанным по поводу рис. можно видеть, что пучок лазера 1 дает более высокую интенсивность в фокусе линзы. Поскольку телесный угол излучения пропорционален квадрату угла расходимости, пучок лазера 1 имеет большую яркость, чем пучок лазера 2. Следовательно, интенсивность, которую можно получить в фокусе линзы, пропорциональна яркости пучка. Поскольку в большинстве практических применений интерес представляет интенсивность пучка, которую можно

получить при фокусировании с помощью линзы, яркость является важным параметром. Это подтверждается тем фактом, что, хотя интенсивность пучка можно увеличить, его яркость при этом остается без изменения. На рис. 7.12 приведена простая схема с конфокальными линзами, которая позволяет уменьшить диаметр пучка, если При этом интенсивность выходного пучка будет больше интенсивности входного. Однако расходимость выходного пучка будет также больше, чем расходимость входного пучка следовательно, яркость останется неизменной. Это свойство, продемонстрированное здесь на конкретном примере, справедливо и в общем случае (даже для некогерентных источников излучения). А именно для данного источника света и оптической системы, формирующей изображение, изображение не может быть ярче исходного источника излучения [3, с. 189, 190] (это справедливо при условии, что источник и изображение находятся в среде с одним и тем же показателем преломления).

Рис. 7.12. Метод увеличения интенсивности плоской волны.

Яркость лазерного излучения на несколько порядков величины больше, чем яркость наиболее мощных некогерентных источников. Это обусловлено чрезвычайно высокой направленностью лазерного пучка. Сравним, например, одномодовый Не-Ne-лазер, длина волны излучения которого мкм, а выходная мощность равна 1 мВт, с наиболее ярким источником света. Таким источником может быть ртутная лампа с высоким давлением паров ртути (лампа фирмы типа 107/109), имеющая выходную мощность и яркость для наиболее интенсивной излучаемой ею зеленой линии . Чтобы получить дифракционно-ограниченный пучок света, можно воспользоваться схемой, показанной на рис. 7.9. Телесный угол света, излучаемого точечным отверстием и собираемого линзой равен а площадь излучающей поверхности Поскольку яркость изображения лампы в плоскости диафрагмы не может быть больше яркости самой лампы, выходная мощность пучка равна по крайней мере

при вычислениях здесь мы использовали выражение (7.55). Выходная мощность лампы оказывается приблизительно на пять

порядков величины меньше мощности излучения Не—Ne-лазера. Из (7.59) можно также видеть, что мощность дифракционно-ограниченного пучка, излучаемого лампой, зависит лишь от ее яркости. Это служит еще одним доказательством того, насколько важным является понятие яркости.