- •Лазерная техника Содержание
- •1. Газовые лазеры (гл)
- •Классификация гл
- •1.2. Некоторые сведения из физики газового разряда
- •1.2.1. Понятие плазмы газового разряда
- •1.2.2. Основные элементарные процессы в плазме гр
- •1.2.3. Понятие устойчивости гр
- •1.2.4. Описание гр с помощью вольтамперной характеристики (вах)
- •1.2.5. Несамостоятельный гр и его применение в гл
- •1.2.6. Самостоятельный гр и его применение в гл
- •1.2.7. Особенности конструкции гл с самостоятельным гр
- •1.2.8. Использование переменных полей для возбуждения гл
- •1.2.9. Импульсный гр и его применение в гл
- •1.3.1. Схема энергетических уровней молекулы , участвующих в процессе лазерной генерации
- •1.3.2. Создание инверсии на лазерных переходах
- •1.3.3. Формирование частотного спектра лазерного излучения
- •1.3.4. Зависимость мощности генерации со -лазера от температуры активной среды
- •1.3.5. Диффузионное охлаждение рабочей смеси
- •1.3.6. Многолучевые системы на базе диффузионного лазера
- •1.3.7. Конвективное охлаждение рабочей смеси
- •1.3.8. Импульсные -лазеры
- •1.3.9. Газодинамические -лазеры
- •1.5. Химические лазеры
- •1.5.1. Основные требования, необходимые для прямого преобразования химической энергии в световую
- •1.6. Атомарные лазеры (Не-Ne-лазер)
- •1.7. Ионные лазеры (Ar-лазер)
- •1.8. Лазеры на самоограниченных переходах
- •1.9. Эксимерные лазеры
- •2.Твердотельные лазеры с оптической накачкой
- •2.1. Общие характеристики и особенности генерации твердотельных лазеров с оптической накачкой
- •2.2 Рубиновый лазер
- •2.3. Лазеры на стекле с неодимом
- •2.4. Лазеры на гранате с неодимом (иаг-лазеры)
- •3. Полупроводниковые лазеры
- •3.1. Вынужденное излучение в полупроводниках
- •3.2. Создание инверсии в полупроводниках
- •3.3. Лазеры на гомоструктурах
- •3.4. Лазеры на гетероструктурах
- •4. Лазеры на растворах органических красителей
- •4.1. Лазерные красители
- •4.1.1. Общие сведения
- •4.1.2. Поглощение света лазерными красителями и их флуоресценция
- •4.1.3. Пути дезактивации возбужденных молекул красителя
- •4.1.4. Распространенные красители
- •4.2. Условие генерации
- •4.2.1. Режим многократного прохождения излучения в резонаторе
- •4.2.2. Режим сверхизлучения
- •4.3. Системы накачки
- •4.3.1. Поперечный способ накачки
- •4.3.2 Продольный способ накачки
- •4.4. Дисперсионные резонаторы лазеров на красителях
- •4.4.1. Резонаторы с дифракционной решеткой
- •4.4.2. Резонаторы с оптическими призмами
- •4.4.3. Резонаторы с интерферометром Фабри-Перо
- •4.4.4. Лазеры на красителях с распределенной обратной связью
4.2.2. Режим сверхизлучения
Лазеры на красителях, работающие в режиме сверхизлучения, то есть в режиме однопроходного усиления света, можно возбуждать либо обычными гигантскими импульсами лазера, либо ультракороткими импульсами. В первом случае импульс возбуждающего лазера проходит через кювету, оптическая длина которой невелика, так что время прохождения через кювету мало по сравнению с длительностью возбуждающего импульса.
В типичном случае раствор помещался в кювету длиной 5 см, представляющую собой кварцевую трубку, торцы которой срезаны под углом Брюстера. Показатель преломления растворителя (диметилсульфоксид) был равен показателю преломления кварца (n =l,48). Кюветная трубка помещалась в цилиндр, содержащий раствор подходящего красителя в растворителе с более высоким показателем преломления, так что флуоресценция, попадающая на стенки кюветы, поглощалась. Это препятствовало образованию нежелательной обратной связи. За время максимальной интенсивности возбуждающего лазерного импульса пространственное распределение света накачки в кювете остается стационарным. При этом предположении можно рассчитать усиление для квантов спонтанной флуоресценции, которые возникают вблизи окна кюветы и распространяются вдоль оптической оси по направлению к другому окну. Расчет показал, что интенсивность сверхизлучения лазера на красителе в прямом и обратном направлениях почти одинакова, а расходимость луча определяется длиной и шириной кюветы. График зависимости интенсивности сверхизлучения от интенсивности возбуждения в такой системе для раствора DTTC с концентрацией 3 приведен на рис. 83.
При возбуждении сверхизлучения лазерной бегущей волной раствор красителя помещался в клиновидную (10 ) кювету толщиной 2 см. Метанольный раствор DTTC или подобного красителя возбуждался импульсом руоинового лазера длительностью несколько пикосекунд и пиковой мощностью 5 ГВт. Это приводило к почти полной инверсии красителя в области возбуждения с соответственно высоким коэффициентом усиления.
Расчет показывает, что при длительности импульса 5 пс, соответствующей инвертированной области в 2 мм, максимальное усиление для квантов спонтанной флуоресценции, проходящих через эту область, в растворе DTTC с концентрацией должно составлять 50 дБ. При расчете предполагалось, что насыщения не происходит и что время релаксации с франккондоновского состояния на верхний лазерный уровень пренебрежимо мало по сравнению с длительностью возбуждающего импульса. Поскольку время колебательной релаксации красителя в растворе обычно порядка нескольких пикосекунд и поскольку насыщение, очевидно, должно происходить при распространении возбуждающего импульса вдоль кюветы, то истинное усиление меньше рассчитанного выше значения.
Сверхизлучение в лазере на красителе имеет характер бегущей волны. Это подтверждено измерением отношения интенсивностей излучения лазера в направлениях вперед и назад. Эксперимент показал, что оно равно 100:1; расходимость луча составляла 15 мрад.
Поляризация излучения лазера на красителе при продольной и поперечной накачке определяется поляризацией возбуждающего лазерного излучения, относительной ориентацией моментов переходов в молекуле красителя, связанных с накачкой и излучением. и временем релаксации, соответствующей поворотной диффузии. Последнее определяется вязкостью растворителя, температурой и размером молекулы. Направления моментов переходов, ответственных за флуоресценцию и длинноволновое поглощение, одинаковы, так как в обоих процессах участвует один и тот же электронный переход.
105 106
pa, ВТ
Рис. 83. Зависимость мощности сверхизлучения Р от мощности лазерной накачки РА полученная для раствора 3,3'-диэталтиатрикарбоцианинбромида концентрацией 3 в кювете, торцы которой скошены под углом Брюстера.
Треугольники-излучение назад; крестики-излучение вперед. Пунктир-теоретическая кривая.