1.5. Жидкостный лазер.

Жидкости объединяют в себе достоинства и твердых и газообразных лазерных материалов: плотность их всего в два-три раза ниже плотности твердых тел (а не в сотни тысяч раз, как плотность газов). Поэтому количество их атомов в единице объема примерно одинаково. Значит, жидкостный лазер легко сделать таким же мощным, как лазер твердотельный. Оптическая однородность жидкостей не уступает однородности газов, а значит, позволяет использовать большие ее объемы. Кроме того, жидкость тоже можно прокачивать через рабочий объем, непрерывно поддерживая ее низкую температуру и высокую активность ее атомов.

Жидкостный лазер существенно отличается от своих предшественников, потому что в качестве накачки в нём используется не лампа или электрический разряд, а непосредственно ещё один лазер. Сам лазер состоит из системы сферических зеркал, представленных на рисунке 1.12.

Рис. 1.12. Принципиальная схема жидкостного лазера

В се более широкое применение в промышленности, науке находят жидкостные лазеры, в которых активной средой являются соединения органических красителей в жидком растворителе, таком, как этиловый и метиловый спирты и даже вода. Основным достоинством является широкий диапазон генерируемых длин волн, возможность перестройки диапазона без больших переделок. Эти лазеры широко используются в научных приложениях либо как непрерывные узкополосные (вплоть до одномодовых) перестраиваемые источники излучения для спектроскопии с высоким разрешением по частоте, либо в качестве лазеров с короткими (вплоть до 100 фс) выходными импульсами для спектроскопии с высоким разрешением по времени.

Класс перестраиваемых лазеров пополнился за счет создания, эффективно накачиваемых лазеров, на центрах окраски в кристаллах галогенидов щелочных металлов. На таких приборах получена генерация в диапазоне длин волн 0,8-3.3 мкм, что значительно дополняет область длин волн, характерных для жидкостных лазеров.

1.5.1.Лазеры на красителях.

Называются они так потому, что их рабочая жидкость - раствор анилиновых красок в воде, спирте, кислоте и других растворителях.

Жидкость налита в плоскую ванночку - кювету. Кювета установлена между зеркалами. Энергия молекулы красителя «накачивается» оптически, только вместо лампы - вспышки на первых порах использовались импульсные рубиновые лазеры, а позднее - лазеры газовые. Лазер для накачки не встраивают внутрь жидкостного лазера, а помещают в стороне, вводя его луч в кювету через окно в корпусе. Сейчас удалось добиться генерации света и с импульсной лампой, но не на всех красителях. Растворы могут излучать импульсы света различной длины волны от ультрафиолета до инфракрасного света и мощностью от сотен киловатт до нескольких мегаватт, в зависимости от того, какой краситель налит в кювету. Лазеры на красителях излучают строго на одной длине волны (это явление называется монохроматичностью). Это свойство лежит в самой природе вынужденного излучения атомов, на котором основан весь лазерный эффект. В больших и тяжелых молекулах органических красителей вынужденное излучение возникает сразу в широкой полосе длин волн. Чтобы добиться от лазера на красителях монохроматичности, на пути луча становится светофильтр. Он представляет собой набор стеклянных пластин, которые пропускают только свет одной длины волны. Меняя расстояние между пластинами, можно слегка изменить длину волны лазерного излучения. Такой лазер называется перестраиваемым. А для того, чтобы лазер мог генерировать свет в разных участках спектра - переходить от синего к красному свету или от ультрафиолетового к зеленому, достаточно сменить кювету с рабочей жидкостью. Именно так раб отает перестраиваемый лазер "Радуга" (рис. 1.13), созданный белорусскими физиками.

Рис. 1.13. Жидкостной лазер «Радуга»

Он имеет десять кювет с разными красителями, которые укреплены на вращающемся переключателе диапазонов излучения. В пределах каждого диапазона излучение можно подстраивать при помощи фильтра. Благодаря этому лазер может излучать свет любой длины волны - от ультрафиолетовых до тепловых, инфракрасных лучей; полоса излучения у него широкая.

Несколько лет назад подобные лазеры были уникальными устройствами, которые использовались только для лабораторных, исследовательских целей, то теперь они оказались наиболее перспективны для исследования структуры вещества. Перестраивая частоту излучения, можно узнать, свет, какой длины волны поглощается или рассеивается на пути луча.

Перестраивая частоту излучения, можно узнать, свет какой длины волны поглощается или рассеивается на пути луча. Таким способом можно определить состав атмосферы и облаков на расстоянии до двухсот километров, измерить загрязненность воды или воздуха, указав сразу, какого размера частицы его загрязняют.

Сконструирован прибор, автоматически и непрерывно контролирующий чистоту воды и воздуха. Лазерный луч ощупывает воздушное пространство над городом, чувствительные приборы измеряют силу рассеянного света и записывают результат на бумажную ленту. Когда количество частиц грязи в воздухе возрастает сверх нормы, прибор включает сигнал тревоги.