Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

ЛА́ЗЕР НА ЦЕ́НТРАХ ОКРА́СКИ

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 16. Москва, 2010, стр. 594

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: Т. Т. Басиев, П. Г. Зверев

ЛА́ЗЕР НА ЦЕ́НТРАХ ОКРА́СКИ (ЛЦО), твер­до­тель­ный ла­зер, в ко­то­ром ак­тив­ной сре­дой яв­ля­ет­ся ион­ный кри­сталл с цен­тра­ми ок­ра­ски. Под воз­дей­ст­ви­ем ио­ни­зи­рую­щих из­лу­че­ний (γ -лу­чей, элек­тро­нов вы­со­кой энер­гии, рент­ге­нов­ских лу­чей, 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.

Рис. 1. Схема уровней энергии, характеризующая принцип работы лазера на центрах окраски.

По прин­ци­пу дей­ст­вия ЛЦО по­доб­ны ла­зе­рам на кра­си­те­лях. Оп­тич. на­кач­ка осу­ще­ст­в­ля­ет­ся в ши­ро­кой элек­трон­но-ко­ле­ба­тель­ной по­ло­се по­гло­ще­ния (рис. 1, пе­ре­ход 12), да­лее идёт быс­трая (по­ряд­ка 10–12 с) бе­зыз­лу­ча­тель­ная ре­лак­са­ция по ко­ле­ба­тель­ным по­ду­ров­ням воз­бу­ж­дён­но­го со­стоя­ния (23), за­тем из­лу­ча­тель­ный пе­ре­ход с ге­не­ра­ци­ей из­лу­че­ния в ши­ро­кой по­ло­се (34,

с се­че­ни­ем пе­ре­хо­да по­ряд­ка 10–17 см2) и бы­ст­рая бе­зыз­лу­ча­тель­ная ре­лак­са­ция по ко­ле­ба­тель­ным по­ду­ров­ням осн. со­стоя­ния (41).

Рис. 2. Центры окраски в кристаллах галогенидов щелочных металлов: а – F-центр, б – FА-центр, в – FB-центр, г – F2-центр, д – F2+-центр, е –F2--центр; тёмные кружки...

Раз­ли­ча­ют низ­ко­тем­пе­ра­тур­ные и вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ные ЛЦО. Для ква­зи­атом­ных цен­тров ок­ра­ски (F, FA, FB), вклю­чаю­щих в со­став ва­кан­сию, за­хва­тив­шую элек­трон ли­бо элек­трон и один или два при­мес­ных ио­на со­от­вет­ст­вен­но (рис. 2, а – в), по­вы­ше­ние темп-ры при­во­дит к уве­ли­че­нию ве­ро­ят­но­сти бе­зыз­лу­ча­тель­ной ре­лак­са­ции и па­де­нию кван­то­во­го вы­хо­да лю­ми­нес­цен­ции на пе­ре­хо­де 34, что ог­ра­ни­чи­ва­ет ра­бо­чую темп-ру ла­зе­ра (T< 200 К). В ква­зи­мо­ле­ку­ляр­ных цен­трах ок­ра­ски (F2F+2, F-2), пред­став­ляю­щих со­бой би­ва­кан­сию анио­на, за­хва­тив­шую один, два или три элек­тро­на со­от­вет­ст­вен­но (рис. 2, г – е), на­блю­да­ет­ся вы­со­кий кван­то­вый вы­ход лю­ми­нес­цен­ции при ком­нат­ной темп-ре и вы­ше.

Ге­не­ра­ция из­лу­че­ния по­лу­че­на на ря­де кри­стал­лов: LiF $[F_2, F^+_2, F_2^{-}, F_3^+]$, NaF $[F^+_2, (F^+_2)_A, F_3^-]$, NaCl, KF, KCl, KBr $[(F_2^+)_A, F_A, F_A$(Tl)], RbCl $[F_A, F_B]$, CaF2, SrF2, MgF2 [(F2)A], KMgF3, LiYF4 $[F_2^+]$, Al2O3, 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 темп-ра ла­зе­ра со­став­ля­ет 77–300 К, ср. мощ­ность – еди­ни­цы ватт, кпд – до 60%.

Им­пульс­ный ре­жим ге­не­ра­ции осу­ще­ст­в­ля­ет­ся на­кач­кой не­оди­мо­вым или ру­би­но­вым твер­до­тель­ным ла­зе­ром, ла­зе­ра­ми на кра­си­те­лях и на па­рáх Cu, 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 оп­тич. схе­мы ре­зо­на­то­ра ла­зе­ра дос­ти­га­ет­ся ге­не­ра­ция ла­зер­но­го из­лу­че­ния с оп­ре­де­лён­ны­ми спек­траль­ны­ми па­ра­мет­ра­ми: от уз­ко­по­лос­но­го од­но­час­тот­но­го (<0,03 см–1) до сверх­ши­ро­ко­по­лос­но­го (>800 см–1) из­лу­че­ния.

Лит.: Ба­си­ев Т. Т. и др. Твер­до­тель­ные пе­ре­страи­вае­мые ла­зе­ры на цен­трах ок­ра­ски в ион­ных кри­стал­лах // Из­вес­тия АН СССР. Сер. фи­зи­че­ская. 1982. Т. 46. № 8; Про­хо­ров А. М. Но­вое по­ко­ле­ние твер­до­тель­ных ла­зе­ров // Ус­пе­хи фи­зи­че­ских на­ук. 1986. Т. 148. Вып. 1; Ba­siev T. T., Zverev P. G., Mirov S. B. Color center lasers // Handbook of laser technology and applications. Bristol, 2004. Vol. 1.

Вернуться к началу