ЛА́ЗЕР НА КРАСИ́ТЕЛЯХ

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 λ_г 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 (λ_г=0,7–1,5 мкм); ксан­те­но­вые, ге­не­ри­рую­щие из­лу­че­ние в ви­ди­мой об­лас­ти (λ_г=500–700 нм); ку­ма­ри­но­вые, ге­не­ри­рую­щие из­лу­че­ние в си­не-зе­лё­ной об­лас­ти (λ_г=400–500 нм). Наи­бо­лее час­то ис­поль­зу­ет­ся ЛК на ро­да­ми­не 6G (λ_г=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%.

Рис. 1. Схема энергетических уровней красителя в растворе. Волнистыми линиями показаны безызлучательные переходы. Синглет-триплетные переходы S1→T1 приводят к сильному поглощению и срыву генераци... Рис. 2. Схема импульсного узкополосного лазерана красителях. ДР – дифракционная решётка, ИФП – интерферометр Фабри – Перо, КР – кювета с красителем, З – полупрозрачное зе...

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.