АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Жидкостные лазеры

Читайте также:
  1. Билет32Лазеры – это источники когерентного света, в работе которых использовано явление индуцированного излучения.
  2. Жидкостные стеклянные термометры
  3. Лазеры на основе кристаллических диэлектриков
  4. Манометрические, жидкостные термометры
  5. Полупроводниковые лазеры
  6. Стеклянные жидкостные термометры

 

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

Рисунок 4.8. Устройство жидкостного лазера
Лазер на азоте
Цилиндрическая линза
Полупрозрачное зеркало
Селектор длины волны
Дифракционная решетка
Расширитель луча
Ячейка с красителем

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.

E
Поглощение
Флуоресценция
Рисунок 4.9. Электронные состояния жидкостного лазера: - постоянные синглет - триплетной конверсии (10-9с) и триплет – синглетного перехода (10-6с)



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.

‡агрузка...

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).

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 |


Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.)