Лазерное излучение – это электромагнитное излучение в основном оптическом диапазоне длин волн, создаваемое лазером. От излучения других источников света отличается высокой степенью когерентности, малой угловой расходимостью пучка, высокими спектральной яркостью и монохроматичностью. При определённых условиях из лазерного излучения можно выделить одну спектральную составляющую (осуществить так называемый одночастотный режим генерации). Ширина спектральной линии лазерного излучения в одночастотном режиме во много раз меньше, чем у спонтанного излучения атомов.
Длина когерентности лазерного излучения достигает нескольких тысяч километров, время когерентности составляет доли секунд; для естественных источников квазимонохроматического света аналогичные величины меньше в 109 раз. Угловая расходимость () лазерного излучения может быть получена предельно малой, т.е. может определяться только дифракционной расходимостью:
,
где – длина волны излучения, D – эффективный диаметр пятна на выходном зеркале лазера. Для газовых лазеров D
1 см,
угловых секунд (для
мкм), для твердотельных – соответственно ~1 мм и 30 угловых минут, для полупроводниковых лазеров ~1 мкм и 30 угловых градусов.
Высокая когерентность лазерного излучения позволяет эффективно использовать для его формирования телескопическую оптическую систему и, таким образом, существенно повысить направленность излучения. Это необходимо, например, для полупроводниковых лазеров, излучение которых характеризуется сравнительно большой угловой расходимостью.
Немонохроматичность лазерного излучения обусловлена прежде всего тем, что одновременно с фотонами вынужденного излучения в том же направлении излучаются спонтанные фотоны (создаётся спонтанный шум) с другими частотами. В результате ширина спектральной линии () лазерного излучения (ширина линии генерации) отлична от нуля, при этом
,
где h – постоянная Планка; – спектральная полуширина моды резонатора лазера на частоте
; P – выходная мощность лазера.
Например, при Р = 10 мВт, = 1015 Гц и
= 108 Гц,
0,1 Гц. Это означает, что степень монохроматичности
составляет 10-15— 10-16 (для сравнения: лучшие монохроматоры с использованием естественных источников света имеют
при потере в плотности излучения
).
Значение характеризует минимальное уширение спектральной линии лазерного излучения, обусловленное только спонтанными фотонами. В реальных лазерах
значительно больше вследствие различных причин: механических колебаний зеркал резонатора, изменения их длины из-за теплового расширения, влияния внешних электрических и магнитных полей и др.
Высокая спектральная яркость лазерного излучения (количество энергии на единичный частотный интервал, излучаемой в единицу времени с единицы поверхности источника в единицу телесного угла) обусловлена его высокой монохроматичностью и острой направленностью. Для лазеров значения спектральной яркости в десятки тысяч раз превышают спектральную яркость Солнца.
В зависимости от типа лазера длины волн лазерного излучения лежат в интервале от 0,1 мкм (далёкая УФ область) до 0,79 мм (диапазон субмиллиметровых волн), мощность в непрерывном реж
име – от нескольких микроватт до 100 кВт, энергия в одиночном импульсе – от десятых долей до 105 Дж. Длина волны лазерного излучения измеряется с помощью интерферометров, дифракционных решёток, призм, энергетические характеристики – с помощью калориметров, термоэлементов, болометров.