1.3. Рідинні лазери
Рідинні лазери - лазери, в яких брало активної середовищем є рідина. Практич. застосування мають 2 типу Р. л., істотно відрізняються і доповнюють один одного за властивостями випромінювання. Р. л. на барвниках допускають безперервну перебудову довжини хвилі випромінювання л. При зміні барвників вони можуть генерувати л від 322 до 1260 нм як в безперервному, так і в імпульсному режимах. Здатність до перебудови зумовлена широкими електронно-коливальними смугами спектрів молекул (див. Лазери на барвниках). Р. л. на неорганічні. рідинах (працюючі в імпульсному і безперервному режимах) перевершують по питомій потужності і енергії твердотільні лазери, т. к. при тій же концентрації активних частинок вони допускають еф. охолодження активної речовини шляхом його прокачування через резонатор і теплообмінник. [5]
Малюнок 1.9.Зображення іонів в рідинних лазерах
В існуючих Р. л. на неорганічні. рідинах активними частинками є іони рідкоземельних елементів (гл. обр. Nd3 +), що входять до складу рідкого люмінофора. Люмінофор являє собою суміш хлороксида (РОС13, SOC12, SeOCl2) з к-тій Льюїса (SnС14, ZrС1 та ін.) Напр., В Ж. л. на люмінофорі РОС13-SnCl4-Nd іон Nd3 + оточений 8 атомами О, що входять до складу молекули РОС13 (мал.). Світло накачування поглинається іонами Nd3 +, володіють широкими смугами збудження. Великі часи життя метастабільних рівнів Nd3 + дозволяють досягти порогу генерації. Розроблено також Ж. л., в яких брало іони Nd3 + входять в якості активної домішки в рідкі хлориди Al, Ga, Zr і ін або їх суміші. Властивості Ж. л. з іонами Nd3 + є проміжними між властивостями твердотільних неодімових лазерів на склі і на кристалах. Особливості цих Р. л. визначаються властивостями іонів Nd3 +, що працюють по чотирирівневої схемою. При накачуванні з осн. стану іонів Nd3 + (рівень 4I9 / 2) в їх інтенсивні смуги поглинання в областях довжин хвиль 0,58, 0,74, 0,8 і 0,9 мкм вони внаслідок безизлучат. релаксації швидко переходять на метастабільний рівень 4F3 / 2. Генерація зазвичай відбувається при переходах з рівня 4F3 / 2 на рівень 4I9 / 2 "піднятий" над осн. рівнем приблизно на 2000 см-1 і тому практично ненаселений. Це визначає малий поріг генерації і відносно великі ккд (3-5%). Енергія генерації / 1 кДж, потужність у безперервному режимі і в режимі повторюваних імпульсів> 1 кВт. Це визначає область застосування таких Ж. л. лазерна технологія, медицина, накачування ін лазерів і т. п. Порушення Ж. л. виробляють ксеноновими лампами. Осн. недолік, властивий всім Р. л, -. відносно мала спрямованість випромінювання (велика розбіжність). Застосуванням активної корекції або методів обернення хвильового фронту можна усунути цей недолік. [7]
1.4.Лазери на барвниках
Рідинні лазери використовуються в цілому рідше, ніж газові або твердотільні лазери, однак з точки зору деяких додатків вони мають ряд унікальних властивостей. Параметри випромінювання твердотільного лазера в значній мірі залежать від оптичних якостей використовуваного кристала. Неоднорідності кристалічною структури можуть серйозно обмежувати когерентність лазера. Кристали постійно схильні до руйнувань, концентрація активуючих іонів задається в процесі виготовлення лазера і є певною величиною для даного кристала. З цими конкретними труднощами не доводиться мати справу при роботі з газовими лазерами, але зате ці лазери мають помітно меншу концентрацію активної речовини через низьку концентрації атомів в газі. Переваги рідинних лазерів полягають в тому, що вони мають значно більш високу концентрацію активних атомів, яку легко можна змінювати, крім того, активна середу є дешевою і відносно мало схильною пошкоджень. У той же час рідинні лазери не настільки громіздкі, як газові системи, і простіше в експлуатації. [9]
З розрахункових типів рідинних лазерів найбільше значення мають лазери на органічних барвниках. Ефект генерації розчину барвника вперше виявили у 1965 р. П. Сорокін з співр. в лабораторії фірми IBM в ході дослідження ряду барвників, що використовуються в пасивних затворах для рубінових лазерів. Найбільш суттєвою перевагою лазера на барвниках над усіма розглянутими тут лазерами є можливість плавно перебудовувати частоту випромінювання в межах значного спектрального діапазону. Типовий газовий або твердотільний лазер можна перебудовувати тільки всередині дуже вузького діапазону (практично лише в межах ширини кривої посилення). Хоча наявні газові і твердотільні лазери випромінюють велика кількість дискретних довжин хвиль в діапазоні, що тягнеться від ближньої ультрафіолетової до далекої інфрачервоної області спектра, все ж залишаються значні ділянки оптичного діапазону, в яких відсутні лінії генерації цих лазерів.
Перебудовуються джерело вузькосмугового випромінювання оптичного. діапазону при високій когерентності цього випромінювання бажано мати в багатьох додатках, таких, як спектроскопія, вивчення молекулярної дисоціації і хімічних реакцій, а також поділ ізотопів.