ЛАЗЕРЫ НА КРАСИТЕЛЯХ


ЛАЗЕРЫ НА КРАСИТЕЛЯХ
ЛАЗЕРЫ НА КРАСИТЕЛЯХ

       
лазеры, использующие в качестве активной среды органич. соединения с развитой системой сопряжённых связей (красители в виде растворов или паров). Первые Л. н. к. появились в 1966—67. Наиболее распространены производные оксазола, оксадиазола, бензола, а также кумариновые, ксантеновые, оксазиновые и полиметиновые красители. Электронные уровни молекул красителей сильно уширены (непрерывная совокупность колебат. состояний, (см. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СПЕКТРЫ). Усиление и генерация возникают на переходах с нижних колебат. подуровней первого возбуждённого электронного состояния S1 на верхние, слабо заселённые подуровни осн. электронного состояния S0 (рис. 1, а).
Помимо излучат. переходов S1 ®S0 часть молекул после возбуждения претерпевает безызлучательный переход в метастабильное триплетное состояние Т1.
ЛАЗЕРЫ НА КРАСИТЕЛЯХ1
Рис. 1. a — Схема электронных уровней энергии красителя: слева — синглетные уровни (спины двух внеш. эл-нов молекулы антипараллельны), справа — триплетные уровни (спины параллельны); б — спектры поглощения и люминесценции красителя.
Накопление молекул в состоянии T1 приводит к поглощению генерируемого излучения и переходу T1®T2. Для устранения поглощения применяют кратковрем. импульсы накачки с длительностью tвремя заселения уровня Т1, tт=10-6—10-7 с) либо добавляют в р-р «тушители», дезактивирующие метастабильный уровень, или осуществляют протекание р-ра через область накачки и оптич. резонатор со скоростью, при к-рой молекула пересекает область накачки за время t<
Оптич. накачку осуществляют лазерами (эксимерный лазер, газовые лазеры на N2, на парах Cu, твердотельные лазеры) и газоразрядными импульсными лампами. В случае импульсной лазерной накачки Л. н. к. излучает одиночные или периодически повторяющиеся импульсы длительностью от 1—2 до десятков нс при кпд от единиц до неск. десятков % и мощности излучения, достигающей сотен МВт. Спектр излучения смещён в длинноволновую сторону относительно лазера накачки (рис. 1,б) и генерация при смене красителя может быть получена на любой длине волны l от 322 нм до 1260 нм. Наиболее широкую область перестройки спектра даёт накачка рубиновым лазером (осн. волна l=694 нм и вторая оптическая гармоника l=347 нм).
Непрерывный режим генерации Л. н. к. осуществляется при накачке красителей аргоновым или криптоновым лазером. Область перестройки от 400 до 960 нм, кпд от единиц до десятков %, выходная мощность =1—20 Вт. Особенно эффективны Л. н. к. с прокачкой через резонатор р-ра красителя, напр. в форме свободной струи. Фильтр с нелинейным поглощением, помещённый в резонатор, позволяет осуществить режим синхронизации мод, обеспечивающий непрерывную последовательность ультракоротких импульсов длительностью до 2•10-13 с.
Л. н. к. с нелазерной накачкой работают в импульсном режиме с длительностью излучения до 102 мкс. Для накачки используются коаксиальные или трубчатые импульсные лампы с крутым фронтом нарастания импульса. При накачке стандартными трубчатыми лампами (длительность фронта tф = 10 мкс) энергия излучения =10 Дж, а кпд =1%; в случае спец. ламп накачки получены импульсы с энергией в неск. сотен Дж. При частоте повторения 200— 300 Гц и ламповой накачке мощность излучения > 100 Вт (для родамина, l = 580 нм). При длительности разряда ламп накачки <1 мкс область перестройки спектра = 340—960 нм, В случае более длит. импульсов накачки (= 10 мкс) область перестройки сужается (400—700 нм).
В простом оптическом резонаторе красители генерируют излучение широкого спектр, состава (Dl = 10 нм). Однако линия генерации легко может быть сужена до 10-3—10-4 нм без значит. потерь энергии излучения при использовании дисперсионных элементов, напр. дифракц. решётки (рис. 2).
ЛАЗЕРЫ НА КРАСИТЕЛЯХ2
Рис. 2. Схема узкополосного лазера на красителе: ДР — дифракц. решётка; ИТ — интерферометр Фабри — Перо; КР — кювета с раствором красителя; 3 — полупрозрачное зеркало.
Наиболее узкие линии (=103 Гц) получают в непрерывных стабилизир. Л. н. к. Перестройка обычно осуществляется заменой красителя (грубая) и поворотом дисперс. элементов (плавная).
Благодаря возможности получения высокого усиления в малом объёме Л. н. к. перспективны для миниатюризации лазерных устройств. Особенно интересны Л. н. к. с распределённой обратной связью, где резонатор — периодич. структура (стационарная или динамическая), создаваемая в самой активной среде.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

ЛАЗЕРЫ НА КРАСИТЕЛЯХ

(ЛК) - лазеры, активными веществами к-рых служат сложные органич. соединения, обладающие системой сопряжённых связей и интенсивными полосами поглощения в ближней УФ-, видимой или ближней ИК-областях спектра. Большинство красителей, используемых в ЛК, флуоресцируют, спектры их флуоресценции образуют широкие (до 103 см -1), как правило, бесструктурные полосы. Вынужденное излучение красителей возникает в результате переходов между разл. колебат. подуровнями (образующими широкие сплошные зоны энергий) первого возбуждённого и основного синглетных электронных состояний.

Обычно в ЛК используют растворы красителей (растворители - вода, спирты, производные бензола и т. п.), реже активированные красителями полимерные материалы - полиметилметакрилат, эпоксидные смолы, полиуретан и др. Особую разновидность представляют лазеры на парах сложных органич. соединений.

Гл. особенность ЛК - возможность перестройки длины волны генерируемого излучения 2545-79.jpg в широком диапазоне длин волн: 330 нм - 1,8 мкм. Грубая перестройка производится заменой красителя. Чтобы перекрыть указанный диапазон, необходим набор примерно из 30 соединений (общее число красителей, на к-рых получен эффект генерации, приближается к 103). В фиолетовой и УФ-областях спектра наиб. эффективно работают оксазолы и оксадиазолы, в сине-зелёной - кумарин ы, в жёлто-красной - родамины, в ближней ИК-области спектра - полиметиновые красители. Ширина спектра генерации может составлять песк. сотен см -1. Для сужения спектра генерации и плавной перестройки 2545-80.jpg в пределах полосы усиления красителя в резонатор ЛК вводят спектрально-селективные элементы (отражат. дифракционные решётки, дисперсионные призмы, интерферометры Фабрп - Перо, интерференционно-поляризационные фильтры).

Накачка ЛК осуществляется излучением импульсных ламп и лазеров др. типов. ЛК с ламповой накачкой работают в импульсном режиме, генерируя чаще всего импульсы длительности 2545-81.jpgмкс. Их кпд 2545-82.jpg1%, выходная энергия от долей до неск. сотен Дж. Спектральный диапазон обычно ограничен видимой областью. ЛК с ламповой накачкой могут работать частотой повторения импульсов 50-100 имп./с при ср. мощности выходного излучения в сотни Вт.

ЛК с лазерной накачкой по устройству и параметрам варьируются в зависимости от типа лазера накачки. Существуют ЛК непрерывного и импульсного режимов.

Для получения непрерывного режима в качестве источников накачки используются ионные газовые лазеры на Аr или Кr с мощностью излучения от единиц до десятков Вт. Кпд непрерывных ЛК составляет неск. десятков %, 2545-83.jpg может при смене красителей перестраиваться по всему диапазону от 360 нм до 1 мкм.

Для накачки красителей в импульсном режиме применяют лазеры на N2, иттрий-алюминиевом гранате с примесью Nd, парах Си, на рубине, эксимерные лазеры. При накачке азотными лазерами генерируются импульсы длительностью 1-10 нc, с пиковой мощностью порядка единиц или десятков кВт, при частоте повторения 2545-84.jpg100 имп./с. Перестройка спектра при смене красителей может осуществляться по всему видимому диапазону. При использовании лазера на иттрий-алюминиевом гранате (2-я и 3-я гармоники) выходная мощность может достигать сотен кВт при длительности импульса 30 нc и частоте повторения неск. десятков имп./с. Более высокую частоту повторения импульсов (неск. десятков кГц) обеспечивает лазер на парах Си. В этом случае ср. мощность излучения 2545-85.jpg1 Вт, длительность импульса 5-10 нc, диапазон перестройки ограничен жёлто-красной областью спектра. Рубиновый лазер позволяет при использовании основной частоты и второй гармоники получить перестройку спектра в максимально широком диапазоне - от 360 до 1000 нм. Эксимерные лазеры обеспечивают высокие мощности излучения в синей и УФ-областях спектра (1-2 МВт).

Особый класс составляет ЛК с распределённой обратной связью (РОС). В РОС-лазерах роль резонатора играет структура с периодич. изменением показателя преломления и (или) усиления. Обычно она создаётся в активной среде под действием двух интерферирующих пучков накачки. РОС-лазер характеризуется узкой линией генерации (2545-86.jpg10-2 см -1), к-рая может легко перестраиваться в пределах полосы усиления путём изменения угла между пучками накачки. ЛК наиболее эффективны для генерации ультракоротких импульсов излучения. Самые короткие импульсы (2545-87.jpg10-14 с) достигнуты в непрерывных ЛК с пассивной синхронизацией мод.

ЛК применяют для спектроскопич. исследований, что позволяет повысить чувствительность, спектральное и временное разрешение на много порядков по сравнению с традиционными методами спектроскопии (см. Лазерная спектроскопия).

Лит.: Рубинов А. Н., Томин В. И., Оптические квантовые генераторы на красителях и их применение, в кн.: Итоги науки и техники. Радиотехника, т. 9, М., 1976; Лазеры на красителях, пер. с англ., М., 1976. А. Н. Рубинов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "ЛАЗЕРЫ НА КРАСИТЕЛЯХ" в других словарях:

  • Лазеры на красителях — принесли революцию в лазерную спектроскопию и стали родоначальником нового типа лазеров c длительностью импульса менее пикосекунды (Лазеры сверхкоротких импульсов, en:Wikipedia:Ultrashort pulse). В качестве накачки сегодня обычно применяют другой …   Википедия

  • Лазеры сверхкоротких импульсов — Лазеры сверхкоротких (предельно коротких) импульсов, лазеры УКИ (ПКИ), фемтосекундные лазеры  оптические квантовые генераторы, способные генерировать импульсы лазерного излучения. В общем случае ультракороткими лазерными импульсами могут… …   Википедия

  • ЛАЗЕРЫ НА ЦЕНТРАХ ОКРАСКИ — (ЛЦО) лазеры, в к рых активной средой служат ионные кристаллы с центрами окраски. Под воздействием ионизирующих излучений ( лучей, электронов высокой энергии, рентг. лучей, нейтронов) либо при нагреве в парах щелочных или щелочноземельных… …   Физическая энциклопедия

  • Лазер на красителях — Лазер на красителе. Лазеры на красителях принесли революцию в лазерную спектроскопию и стали родоначальником нового типа лазеров c длительностью импульса менее пикосекунды (Лазеры сверхкоротких импульсов). В к …   Википедия

  • ЖИДКОСТНЫЕ ЛАЗЕРЫ — лазеры, в к рых активной средой является жидкость. Практич. применение имеют 2 типа Ж. л., существенно отличающиеся и дополняющие друг друга по свойствам излучения. Ж. л. на красителях допускают непрерывную перестройку длины волны l излучения.… …   Физическая энциклопедия

  • ЭКСИМЕРНЫЕ ЛАЗЕРЫ — газовые лазеры, работающие на переходах между электронными уровнями эксимерных молекул (молекул, существующих только в электронно возбуждённом состоянии). Нижний уровень лазерного перехода является т. н. «отталкивательным» (невозбуждённые атомы… …   Физическая энциклопедия

  • Лазер — У этого термина существуют и другие значения, см. Лазер (значения). Лазер (лаборатория NASA) …   Википедия

  • Виды лазеров — Далее приводится таблица параметров наиболее распространённых лазеров различных типов, рабочие длины волн, области применения. Содержание 1 Газовые лазеры 2 Лазеры на красителях …   Википедия

  • лазер — а; м. [англ. laser] 1. Оптический генератор источник очень узкого и мощного пучка света, имеющего строго определённую длину волны. Импульсный л. Л. непрерывного действия. 2. Луч, получаемый при помощи лазера и используемый практически. Лечение… …   Энциклопедический словарь

  • ЛАЗЕР — (оптический квантовый генератор), устройство, генерирующее когерентные эл. магн. волны за счёт вынужденного испускания или вынужденного рассеяния света активной средой, находящейся в оптич. резонаторе. Слово «Л.» аббревиатура слов англ. выражения …   Физическая энциклопедия

Книги

  • Физика лазера, Тарасов Л.. Настоящая книга посвящена физике процессов в лазерах. Автор рассматривает три группы вопросов: способы получения инвертированных активных сред, формирование поляизлучения в резонаторе, а… Подробнее  Купить за 908 руб
  • Физика лазера, Тарасов Л.В.. Настоящая книга посвящена физике процессов в лазерах. Автор рассматривает три группы вопросов: способы получения инвертированных активных сред, формирование поляизлучения в резонаторе, а… Подробнее  Купить за 885 руб
  • Физика лазера, Тарасов Л.В.. Настоящая книга посвящена физике процессов в лазерах. Автор рассматривает три группы вопросов: способы получения инвертированных активных сред, формирование поляизлучения в резонаторе, а… Подробнее  Купить за 770 грн (только Украина)


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.