6.5.1.3. Жидкостные лазеры
Жидкостные лазеры были реализованы на металлоорганических жидкостях, а именно на хелатах европия. Однако малая фотохимическая стойкость, большой коэффициент поглощения света не позволили применять их в промышленных конструкциях.
Неорганические жидкостные лазеры представляют собой раствор соединений типа TR+++ в неорганических растворителях сложного состава. Активными ионами в них служат, например, Nd+++. Генерация происходит по четырехуровневой схеме с поглощением света накачки собственными полосами поглощения Nd+++. Рабочее вещество, например, смесь хлороксида фосфора (POCl3) с кислотой SnCl4 и ионами Nd+++ находится в режиме циркуляции и позволяет получить узкий спектр генерации. В лазерах на красителях в качестве рабочего вещества используются сложные органические соединения. Эти соединения обладают системой сопряженных связей и интенсивными полосами поглощения во всех областях спектра. Растворы красителей представляют собой красители в воде, спирте, бензоле или активированные красителями полимерные материалы типа полиметилметакрилата, полиуретана. Схема лазера на красителях представлена на Рисунок - 3.6.
Рисунок - 6.11. Схема лазера на красителях
Главной особенностью лазеров на красителях является возможность перестройки длины волны генерируемого излучения в диапазоне от ультрафиолетового (~ 330 нм) до ИК-диапазона (~1,8 мкм). Грубая перестройка производится путем замены кюветы с красителем. Для этого нужно примерно 30 кювет с различными соединениями, которых насчитывается порядка тысячи (Рисунок - 6.12).
Тонкая настройка на заданную длину волны осуществляется с помощью спектрально-селективных элементов, вводимых в резонатор. Такими элементами могут служить дисперсионные призмы, интерференционно-поляризационные фильтры и т. п.
Накачка таких лазеров осуществляется излучением импульсных ламп, излучением лазеров других типов. В зависимости от типа накачки различают лазеры импульсного или непрерывного режимов работы.
Рисунок - 6.12. Спектр мощности непрерывного лазера при использовании различных красителей: 1 — нильский голубой; 2 — крезил-фиолет перхлорат; 3 — родамин В; 4 — родамин 6G (мощность возбуждения 4 Вт); 5— родамин 6G (мощность возбуждения 2 Вт); 6— родамин 110; 7— флуоресцеин; 8 — кумарин В; 9 — кумарин 7; 10 — кумарин 102; 11 — 7-диэтил-амино-4-метилкумарин; 12 — кумарин 2; 13 — кумарин 120; 14 — карбостирол.
Особый класс составляют лазеры с распределенной обратной связью (РОС). В РОС-лазерах роль резонатора выполняет структура с периодическим изменением показателя преломления или усиления. Это можно осуществить, например, воздействуя на активную среду интерферирующими пучками накачки. РОС-лазеры способны генерировать на узкой линии (~ 10-2 см-1), которая легко перестраивается в пределах полосы усиления. Лазеры на красителях с пассивной синхронизацией мод позволяют генерировать ультракороткие импульсы излучения (10-14 с). Основная область применения жидкостных лазеров — это спектроскопические исследования.
Особенностью жидкостных лазеров является высокое значение ширины линии усиления активного перехода. Это обстоятельство позволяет создавать мощные лазеры в УФ-диапазоне длин волн. Одновременно можно производить плавную перестройку длины волны в достаточно широком диапазоне.