3.4. Жидкостные лазеры

Жидкостные лазеры представляют собой квантовые генераторы, рабочим веществом которых является жидкость. Они делятся на следующие типы:

• на неорганических жидкостях,

• на органических жидкостях,

• на растворах красителей.

В неорганических жидкостных лазерах используются растворы неорганических жидкостей, содержащие ионы редкоземельных элементов, главным образом трехвалентного неодима . Генерация происходит по четырехуровневой схеме с поглощением света накачки собственными полосами поглощения ионов Nd³⁺. Рабочее вещество, например, смесь хлороксида фосфора (POCl₃) с кислотой SnCl_4, находится в режиме циркуляции и позволяет получить узкий спектр генерации. Свойства жидкостных лазеров с ионами Nd³⁺ являются промежуточными между свойствами твердотельных неодимовых лазеров на стекле и на кристаллах. Такие лазеры работают как в непрерывном, так и в импульсном режимах и превосходят по удельной мощности и энергии твердотельные лазеры, поскольку допускают эффективное охлаждение активного вещества путем его прокачки через резонатор и теплообменник.

КПД жидкостных лазеров на ионах Nd составляет (3 - 5) %, энергия генерации ≥ 1 кДж, мощность в непрерывном режиме и в режиме повторяющихся импульсов ≥ 1 кВт. Основные применения: лазерная технология, медицина, накачка других лазеров.

Жидкостные лазеры также были реализованы на металлоорганических жидкостях, а именно на хелатах европия. Однако малая фотохимическая стойкость, большой коэффициент поглощения света, не позволили их применять в промышленных конструкциях.

В лазерах на красителях используются сложные органические соединения. Растворы красителей представляют собой красящие вещества, растворенные в воде, спиртах или полимерных материалах. Главной особенностью лазеров на красителях является возможность перестройки длины волны генерируемого излучения в диапазоне от ультрафиолетового до инфракрасного диапазонов (330 нм – 1,8 мкм). Грубая перестройка осуществляется заменой красителя.

Тонкая настройка на заданную длину волны производится с помощью спектрально-селективных элементов, вводимых в резонатор (дисперсионные призмы, интерференционно - поляризационные фильтры).

Накачка лазеров на красителях осуществляется излучением импульсных ламп и лазеров других типов. Лазеры с ламповой накачкой работают в импульсном режиме с КПД ~ 1 % и выходной энергией до Дж. Лазеры на красителях с лазерной накачкой работает в непрерывном и импульсном режимах в зависимости от типа лазера накачки. Для получения непрерывного режима источниками накачками служат газовые лазеры на молекулах аргона или криптона, КПД непрерывных лазеров достигает несколько десятков процентов.

Для накачки лазеров на красителях, работающих в импульсном режиме, используют также импульсные лазеры: твердотельные, ( ), газовые ( ) и эксимерные. Эксимерные лазеры обеспечивают высокие мощности излучения в синей и Уф областях спектра (1 – 2 МВт).

Лазеры на красителях с пассивной синхронизацией мод позволяют генерировать ультракороткие импульсы излучения с длительностью до 10^-14 с, что позволяет применять их в спектроскопии высокого и сверхвысокого разрешения.