Ас для лазеров уки
Как говорилось ранее, лазеры УКИ предъявляют дополнительные требования к АС – большая ширина контура усиления АС, т.е. возможность генерации излучения в большом интервале длин волн. Это необходимо для того, чтобы генерировать излучение на многих продольных модах. Как говорилось ранее, чем больше количество сгенерированных продольных мод М, тем меньше τимп и больше Рпик.
Будем рассматривать АС в соответствии с поколениями лазеров УКИ, кроме 1-ого поколения, которое сейчас не используется.
Органические красители (ок)
Данный тип АС используется в лазерах УКИ 2-ого поколения.
ОК в растворе отличаются высокими значениями поперечных сечений поглощения и испускания, а так же широкими спектральными полосами поглощения и люминисценции.
Люминисценция – нетепловое испускание излучения (свечения), происходящее после поглощения энергии возбуждения.
ОК пригодны как для лазеров с перестраиваемой длиной волны, так и для лазеров УКИ. Так же ОК используют в качестве просветляющихся поглотителей.
Схема энергетических уровней ОК показана на рисунке 5.4.
Рисунок 54.
На рисунке S0, S1, S2 ... – синглетные уровни, причем S0 является основным, т.е. не возбужденным энергетическим уровнем. Т1, Т2 ... – триплетные энергетические уровни.
По определению: если электрон не меняет спиновое число при возбуждении, то он переходит в синглетное состояние, если электрон меняет спиновое число при возбуждении, то он переходит в триплетное состояние.
Триплетное состояние обладает меньшей энергией и более стабильно по сравнению с синглетным состоянием.
На системы синглетных и триплетных состояний накладываются колебательные уровни. В следствии большого числа колебательных степеней свободы и сильного уширения линий в жидкостях отдельные колебательные переходы перекрываются, образуя спектральную полосу.
Под действием излучения накачки происходят переходы на возбужденное состояние S1. Колебательная дезактивация состояния S1 происходит чрезвычайно быстро (10-13 с) благодаря чему молекулы собираются на нижнем крае системы уровней S1. Отсюда они могут переходить на разные колебательные уровни S0, что будет сопровождаться люминисценцией. Далее за счет колебательной дезактивации молекула переходит с возбужденного колебательного состояния S0 на бесколебательное основное (т.е. не возбужденное) состояние S0. Колебательная дезактивация так же происходит чрезвычайно быстро.
В цикле выполняются все требования для лазера с 4-ех уровневой схемой энергетических уровней:
Именно тогда, когда молекула ОК находится в бесколебательном состоянии уровня S1, выполняется условие инверсии населенности, и может быть усилено излучение соответствующее области люминисцентных переходов.
Время жизни люминисцентных переходов подходящих ОК составляет 10-8...10-9 с, а выход люминисценции близок к 1, т.е. количество испущенных фотонов почти равно количеству поглощенных.
Поэтому стремятся пользоваться такими ОК, у которых очень мал квантовый выход для синглет-триплетных переходов (т.е. малая доля молекул переходит в триплетное состояние). Вместе с тем стремятся снизить время жизни уровня Т1.
Однако, при непрерывной работе лазера эти методы оказываются недостаточными, поэтому приходится очень быстро заменять краситель в объеме возбуждения. Это осуществляется посредством быстрой прокачки красителя через кювету или при свободно текущей жидкости, в так называемой струе красителя.
Для импульсной накачки лазеров на ОК пригодны импульсные лампы, а также излучение азотных, эксимерных и твердотельных лазеров и гармоники излучения твердотельных мазеров, особенно 2-ая, 3-я, 4-ая гармоники АИГ:Nd-лазера. Для непрерывной накачки используются главным образом лазеры высокой мощности на ионах благородных газов.
В следующей таблице приведены основные параметры некоторых ОК. Из данной таблицы видно, что с помощью генерации ОК можно «перекрыть» весь видимый диапазон и ближний ИК диапазон. Так же видно, что ОК обладают большой спектральной шириной люминисценции. Например, для родамина 6Ж: λ0 = 590 нм; Δλгенерации = 80 нм. В соответствии с (1) для спектрально ограниченных импульсов:
Таблица 1
