- •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
4.4.4. Лазеры на красителях с распределенной обратной связью
Лазеры на красителях с распределенной обратной связью начинают играть все большую роль в качестве активных элементов интегральной оптики. Первый лазер на красителе с распределенной обратной связью был описан Когельником и Шенком. Они получили систему с распределенной обратной связью путем наведения периодических пространственных изменений показателя преломления п. Изменение показателя преломления описывалось выражениемп(n(z)=n+n , где z измеряется вдоль оптической оси, К= , где -период пространственной модуляции, а n - ее амплитуда. Они достигли порога в ЛК при n >10 . Это было осуществлено при засветке дихроматической желатиновой пленки системой интерференционных полос, возникающих при сложении двух когерентных световых пучков ультрафиолетового излучения Не-Cd-лазера. После экспозиции желатиновая пленка обрабатывалась обычным способом и замачивалась в растворе родамина 6G, для того чтобы краситель проник в поры желатинового слоя. После сушки пленку возбуждали ультрафиолетовым излучением азотного лазера в поперечной схеме накачки: При плотности накачки 1МВт был достигнут порог генерации и наблюдалось излучение лазера на красителе в области 630нм. Спектральная ширина линии излучения была меньше 0,05 нм. В однородном желатине при тех же условиях накачки возникало излучение со спектральной шириной 5 нм и центром в области 590 нм.
а) Шенк с сотрудниками разработали усилитель с распределенной обратной связью, создаваемой периодическим пространственным изменением усиления в растворе красителя. Они использовали экспериментальную установку для накачки раствора родамина бG двумя когерентными интерферирующими лучами рубинового лазера с удвоенной частотой, пересекающимися под углом 28 . В этом случае длина волны лазера на красителе определяется выражением , где - показатель преломления раствора красителя на длине волны
генерации , а - длина волны накачки. Таким образом, перестройку можно получать, варьируя либо , либо (рис. 90).
При пиковой мощности накачки 180 кВт пиковая выходная мощность ЛК с распределенной обратной связью составляла 36 кВт. Спектральная ширина линии излучения при уменьшенной мощность накачки была меньше 1пм и, по-видимому, определялась одной модой.
б) Другой метод получения распределенной обратной связи описан Камин овым с сотрудниками. Был использован образец полиметилметакрилата размером 4xlOx38 мм с добавкой родамина бG при концентрации 8 . В этом образце наводились две трехмерные фазовые решетки размером приблизительно 2х2х2 мм путем двухминутного освещения двумя пересекающимися ультрафиолетовыми пучками Не-Cd-лазера мощностью 0,7мВт каждый. Накачка образца производилась второй гармоникой лазера на неодимовом стекле. Спектр выходного излучения вблизи порога состоял из одной сильной линии шириной 0,5 пм.
Форк с сотрудниками сообщили еще об одной возможности создания фазовой решетки в полиметилметакрилате. Они растворяли родамин 6G-тозилат и фотодимеры акридициниум- этилгексансульфоната с концентрацией соответственно 2 ммоль и 0,1 в метилме-акрилате и акриловой кислоте. При полимеризации раствора получалась твердая прозрачная пластмасса. Из нее вырезался и полировался образец размером 10х10х1 мм . Предварительно фотодимеры на глубине до 80 мкм разрушались путем освещения, стирающим излучением ртутной лампы с длиной волны 313 нм, затем при освещении двумя пересекающимися записывающими лучами аргонового лазера фотодимеры селективно восстанавливались в виде решетки. Потом образец возбуждался импульсом излучения неонового лазера мощностью 10 кВт, сфокусированного на образец цилиндрической линзой. Спектр выходного излучения состоял из нескольких узких спектральных линий с периодом.
Вместо распределенной обратной связи внутри лазерного пучка можно создать' обратную связь для затухающей волны (проникающей в область меньшего показателя преломления) и усиление основного лазерного пучка, если использовать раствор красителя в соприкосновении с наведенной решеткой (рис. 91). В экспериментальном устройстве использовались плоская покровная кварцевая пластина и раствор родамина бG при концентрации 3 в бензиловом спирте или в смеси бензилового и этилового спиртов. Обратная связь создавалась решеткой, образуемой в желатиновой пленке на стеклянной подложке. Варьируя относительные показатели преломления раствора красителя и желатиновой пленки, можно получить усиление основной волны и обратную связь для затухающей волны либо усиление затухающей волны и обратную связь для основной волны.
~
Рис. 90. Экспериментальная схема лазера на красителе с распределенной обратной связью.
Рис. 91. Лазер с распределенной обратной связью,
создаваемой решеткой в желатиновой пленке, нанесенной на подложку (разрез).