Лазер на центрах окраски
Ла́зер на це́нтрах окра́ски (ЛЦО), твердотельный лазер, в котором активной средой является ионный кристалл с центрами окраски. Под воздействием ионизирующих излучений (-лучей, электронов высокой энергии, рентгеновского излучения, нейтронов) либо при нагреве в парáх щелочных или щёлочноземельных металлов в оптически прозрачных, бесцветных кристаллах возникают анионные вакансии и их группы (локализующие на себе электроны), которые обусловливают окраску кристалла и называются центрами окраски.
По принципу действия ЛЦО подобны лазерам на красителях. Оптическая накачка осуществляется в широкой электронно-колебательной полосе поглощения (рис. 1, переход ), далее идёт быстрая (порядка 10–12 с) безызлучательная релаксация по колебательным подуровням возбуждённого состояния (), затем излучательный переход с генерацией излучения в широкой полосе (, с сечением перехода порядка 10–17 см2) и быстрая безызлучательная релаксация по колебательным подуровням основного состояния ().
Различают низкотемпературные и высокотемпературные ЛЦО. Для квазиатомных центров окраски (, , ), включающих в состав вакансию, захватившую электрон либо электрон и один или два примесных иона соответственно (рис. 2, а–в), повышение температуры приводит к увеличению вероятности безызлучательной релаксации и падению квантового выхода люминесценции на переходе , что ограничивает рабочую температуру лазера (T < 200 К). В квазимолекулярных центрах окраски (, , ), представляющих собой бивакансию аниона, захватившую один, два или три электрона соответственно (рис. 2, г–е), наблюдается высокий квантовый выход люминесценции при комнатной температуре и выше.
Генерация излучения получена на ряде кристаллов: [, , , ], [, , ], , , , [, , ], [, ], , , [], , [], , алмаз с центрами окраски и др.
Непрерывный режим генерации осуществляется при накачке кристаллов аргоновым и криптоновым газоразрядными лазерами, неодимовым лазером, лазерными диодами. Область генерации ЛЦО лежит в диапазоне от 0,82 до 3,3 мкм; рабочая температура лазера составляет 77–300 К, средняя мощность – единицы ватт, кпд – до 60 %.
Импульсный режим генерации осуществляется накачкой неодимовым или рубиновым твердотельным лазером, лазерами на красителях и на парáх меди, газоразрядными импульсными лампами и импульсными лазерными диодами. ЛЦО, работающие при T = 300 К, генерируют излучение в диапазоне длин волн 0,5–1,4 мкм; их кпд может достигать десятков процентов, выходная энергия – 100 Дж, пиковая мощность – до 200 ГВт. При этом длительность импульсов генерации может изменяться от фемто- до миллисекунд.
Подбором схемы оптического резонатора лазера достигается генерация лазерного излучения с определёнными спектральными параметрами: от узкополосного одночастотного (<0,03 см–1) до сверхширокополосного (>800 см–1) излучения.