ЛА́ЗЕР НА КРАСИ́ТЕЛЯХ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ЛА́ЗЕР НА КРАСИ́ТЕЛЯХ (ЛК), лазер, в котором активной средой являются органич. соединения с развитой системой сопряжённых связей. Гл. особенность ЛК – возможность перестройки длины волны генерируемого излучения λг в широком диапазоне – от 330 нм до 1,8 мкм. Самая грубая перестройка – замена красителя. Существует неск. классов красителей: полиметиновые, обеспечивающие генерацию в красной и ближней ИК-области (λг=0,7–1,5 мкм); ксантеновые, генерирующие излучение в видимой области (λг=500–700 нм); кумариновые, генерирующие излучение в сине-зелёной области (λг=400–500 нм). Наиболее часто используется ЛК на родамине 6G (λг=570–640 нм).
Активная среда ЛК обычно представляет собой раствор красителя в этиловом или метиловом спирте, этиленгликоле или воде; реже краситель вводится в матрицу из пористого стекла или полимера. Краситель возбуждается внешним источником коротковолнового излучения. Электронные уровни молекул красителя сильно уширены за счёт электрон-фононного взаимодействия. Усиление и генерация излучения возникают на переходах с нижних колебательных подуровней первого возбуждённого электронного состояния S1 на слабо заселённые верхние подуровни осн. электронного состояния S0 (рис. 1). Разность энергии фотонов идёт на безызлучательные переходы и переходит в теплоту. При сильном возбуждении, т. е. большой заселённости уровня S1, растёт поглощение из возбуждённого состояния вверх на уровень S2, а также безызлучательная релаксация на триплетный уровень T1, что приводит к уменьшению кпд лазера. Чтобы уменьшить вероятность этих процессов и нагрев активной области ЛК, для раствора красителя применяют проточную систему.
Для возбуждения ЛК используют аргоновый, криптоновый, азотный лазеры, лазер на парáх меди, эксимерный лазер, лазер с ионами Nd3+, а также импульсные газоразрядные лампы. Кпд ЛК, работающего в импульсном режиме, достигает 30–40%, в непрерывном режиме – 5–10%.
ЛК с неселективным резонатором даёт широкополосное излучение с максимумом в центре полосы усиления. Установка дисперсионных элементов (дифракционной решётки, дисперсионной призмы и др.) в резонатор приводит к уменьшению спектральной ширины линии излучения, вплоть до получения одномодовой генерации. Оптич. схема импульсного узкополосного перестраиваемого ЛК содержит дифракционную решётку, интерферометр Фабри – Перо, кювету с раствором красителя и полупрозрачное зеркало (рис. 2). Существуют ЛК с распределённой обратной связью, где резонатор – периодич. структура (стационарная или динамическая), создаваемая в самой активной среде.
ЛК широко используются в науч. целях как узкополосные источники излучения для спектроскопии с высоким спектральным разрешением, а также как лазеры с короткими временны́ми (до 20 фс) импульсами. ЛК применяется в биологии, медицине, а также в лазерном разделении изотопов U.