Лекция 6 Жидкостные лазеры.

Рабочим веществом в жидкостном лазере является жидкость.

Жидкостные лазеры делятся на следующие типы:

• на красителях;

• на органических жидкостях;

• на неорганических жидкостях.

Большинство жидких лазеров было организованно на металлоорганических жидкостях, а именно на европии. Однако малая фотохимическая стойкость, большой коэффициент поглощения света не позволили применить их в промышленных конструкциях.

В последнее время лазеры этого типа пытаются сделать на неорганических жидкостях, являющихся растворителями сложного состава. Активными ионами в них служит, например, Nd³⁺. Генерация происходит по четырехуровневой схеме с поглощением света пачками собственными полосами поглощения Nd³⁺. Рабочее вещество, например, смесь хлороксида фосфора (POCl₃) с кислотой SnCl₄ и ионами Nd³⁺ находится в режиме циркуляции и позволяет получить узкий спектр излучения. Промышленного применения эти лазеры пока не нашли из-за множество недостатков.

Наиболее широко ныне применяемые жидкостные лазеры – это лазеры на жидкостных красителях. В качестве рабочего вещества используются сложные органические соединения, обладающие 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 полиуретана и т. п.

Схема лазера на красителях

Главной особенностью этих лазеров является возможность перестройки длинны волны генерируемого излучения от УФ до ИК (330…1800 нм). Грубая перестройка производится путем замены кюветы К. Как правило, используется набор около 30 кювет с различными соединениями, которых насчитывается более тысячи. Тонкая настройка на указанную длину осуществляется с помощью спектрально-селективных элементов, вводимых в резонатор: дисперсионные призмы, поляризационные фильтры и т.д.

Накачка таких лазеров осуществляется излучением импульсных ламп, излучением лазеров других типов, например n-проводниковых. Различают лазеры импульсного и непрерывного режимов работы.

Особый класс жидкостных лазеров составляют лазеры с распределенной обратной связью (РОС-лазеры). Где роль резонатора выполняет структура с периодическим изменением показателя преломления или усиления света. Это можно осуществить, например, воздействуя на активную среду интерферирующими лучами 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^-14с). Основная область применения этих лазеров – спектроскопические исследования материалов и веществ.

Газовые лазеры

Активной средой являются газы, их смеси и пары жидкостей функциональная схема газового лазера аналогична функциональной схеме твердотельного лазера, отличие лишь в активном элементе 1.

Трубки или камеру с активной газовой помещают в оптический резонатор, состоящий из зеркал различной конфигурации. Плоскости зеркал должны быть перпендикулярны продольной оси трубки или камеры с газом. Лазерное излучение выводится из резонатора через полупрозрачное матовое стекло.

Отличительные особенности газовых лазеров в сравнении с лазерами на конденсированных средах:

• высокая оптическая однородность активной среды;

• узкие спектральные линии излучения;

• высокая степень когерентности излучения;

• острая направленность излучения;

• стабильность частоты излучения;

• широкий диапазон рабочих волн излучения;

• возможность использования активных газовых сред большого объема и протяженности.

По способу накачки газовые лазеры делятся на : газоразрядные, газодинамические и химические.