|
||||||||||||||||||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Жидкостные лазеры
Интерес к жидкостным лазерам объясняется: легкостью получения активной среды, возможностью прокачки жидкости и обусловленной легкостью создания системы охлаждения, возможностью плавной перестройки частоты и т.п. Широкое применение имеют лазеры на органических красителях (Dye - Lasers). Различные красители допускают перестройку длины волны генерации в диапазоне нескольких десятков нанометpов при высокой монохроматичности, достигающей I МГц. Энергия одного импульса может достигать сотен джоулей, а мощность непрерывной генерации - десятков ватт при кпд в несколько десятков процентов в случае лазерной накачки. В режиме синхронизации мод могyт быть получены лазерные импульсы длительностью в десятые доли пикосекунды. Устройство жидкостного лазера приведено на рис. 4.8
Активным веществом лазеров на красителях служат растворы молекул органических красителей в органических растворителях или в воде. Красителями являются сложные органические соединения с разветвленной системой сопряженных химических связей. Эти соединения обладают выраженной окраской, что вызвано наличием сильных полос поглощения в видимой области спектра. Структура молекулы красителя сложна. В лазерной технике широко пpименяются красители на основе родамина 60. Макромолекула родамина обладает богатым набором разрешенных значений энергии электронных колебательных и вращательных состояний. Энергетические расстояния между этими состояниями имеют порядок (1... 3); (0,1... 0.01) и (10-3... 10-4) эВ соответственно. Колебательные и вращательные состояния перекрываются дрyг с другом, образуя серии разрешенных энергетических полос, соотвeтcтвующих определенным электронным состояниям. Последние можно разбить на две группы: синглетные (S) и триплетные (Т) состояния (рис. 4.9). К первой группе относится состояние с антипараллельной ориентацией спинов (S= О), а ко второй -с параллельной (S= 1) ориентацией.
Каждое электронное состояние сопровождается серией колебательных уровней (выделены жирными линиями) и серией вращательных уровней. Согласно правилам отбора по спинам оптические переходы разрешены между состояниями с одинаковой мультиплетностью (∆S = 0), т.е. переходы S-S (синглет-синглетные) и Т-Т (триплет-триплетные). При нормальных условиях молекулы находятся в основном состоянии S0. В результате поглощения оптического излучения молекула переходит из основного состояния S0 на один из колебательно-вращательных уровней S1. Спектр поглощения, определяемый такими переходами, представляет собой широкую полосу. Спектральное положение максимума полосы поглощения определяет цвет красителя и для разных веществ изменяется примерно от 0,3 до I мкм. Ширина полосы поглощения также различна для разных красителей и примерно равна 0,2 эВ. Падая в результате оптическогo перехода S0→S1 в одно из возбужденных состояний полосы S1 молекула в результате релаксационных безизлучательных процессов по колебательно-вращательным подуровням внутри состояния S1 переходит на нижние уровни группы S1. Этот процесс термализации происходит очень быстро, за время порядка 1 пс. Термализованные носители из состояния S1 излучательно или безизлучательно переходят в основное состояние So. У небольшого количества известных красителей излучательные процессы преобладают над безизлучательными. Излучательное время жизни для переходов S1→S0 мало и составляет примерно I нс. При интенсивной оптической накачке между нижними состояниями полосы S1 и верхними So может быть достигнута инверсия населенностей. Генерация осуществляется по четырехуровневой схеме между энергетическими состояниями полос S1 и So. Триплетные состояния T1 и Т2 не участвуют в пpoцессе лазерной генерации, а, напротив, препятствуют ей. Наибольший интерес лазер на оргaническом красителе представляет как генератор с пepecтpaиваемой длиной волны. Для осуществления этой возможнocти применяют дисперсионный резонатор, собственную частоту которого можно перестраивaть. Идеальный вариант - одномодовый одночастотный резонатор. Вероятность оптических переходов S0→S1, с красителем весьма высока, показатель пoглощения и показатель усиления для этих веществ могут быть очень велики. Они примерно на два порядка превышают показатель усиления малого сигнала для твердотельных лазеров на грана-те и рубине. По этой причине лазеры на красителях, обладая высоким коэффициентом усиления, требуют небольшого объема активной среды (1 мм). Поглощение интенсивного излучения накачки и последующий нагрев малого объема красителя приводит к необходимости быстрой непрерывной замены вещества в рабочем объеме. Если этого не делать, пpoизойдет термическое разложение красителя, а также накопление молекул в триплетном состоянии Т1 и срыв генерации. Применяя набор различных красителей, жидкостные лазеры перекрывают диапазон длин волн от 0,34 до 1,17 мкм. Кпд современных лазеров на органических красителях достигает 30% при накачке лазерным излучением и 1% при накачке импульсными лампами. В непрерывном режиме выходная мощность рассматриваемых лазеров достигает нескольких Вт, в импульсных режимах мощность может достигать МВт при длительности импульса 20 нс и частоте повторения до 200 Гц, расходимость лазерного пучка составляет (2…2,5) мрад. В режиме синхронизации мод возможна генерация очень коротких cветовых импульсов (3·10-14 с).
Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.) |