Реферат по лазерам на красителях. Лазеры на красителях
 Скачать 1.13 Mb.
|
2. НакачкаВсе лазеры на красителях накачиваются оптическим методом. При накачке важно, чтобы источник накачки излучал на частотах, близких к положению максимума полосы поглощения. По самой природе красителя лазерное излучение является более длинноволновым, чем возбуждающее излучение. Например, накачка родамина 6G, флуоресцирующего вблизи 590 нм (в оранжевой области спектра), осуществляется излучением в области длин волн 490—515 нм. Для накачки красителя, флуоресцирующего в синей области спектра, нужен источник ультрафиолетового излучения. 2.1 Возбуждение с помощью ламп вспышекБлагодаря применению ламп-вспышек удается создать довольно экономичные конструкции лазеров. При этом используются специальные лампы, отличающиеся коротким периодом нарастания (100 нс) и расположенные коаксиально вокруг цилиндрической кюветы: они генерируют лазерные импульсы длительностью от 0,1 до 3 мкс. Эти лампы-вспышки состоят из двойного цилиндра, причем во внутреннем цилиндре находится раствор красителя, а в стенке предусмотрен разрядный канал. Энергия накачки составляет от 50 до 500 Дж. Здесь находят применение и линейные Хе-лампы (10—60 Дж) — такие же, как у твердотельных лазеров. С учетом населенности триплетного состояния требуются короткие импульсы накачки. Выходная мощность коммерческих лазеров на красителях с лампой-вспышкой может достигать 20 Вт, а энергия импульсов — несколько джоулей. Частота следования импульсов находится в диапазоне от 1 до 100 Гц. При этом необходимо — во избежание нежелательного нагрева — позаботиться о механической циркуляции накаченного оптическим способом красителя. Коэффициент полезного действия для преобразования электрической энергии, необходимой для срабатывания лампы-вспышки, в лазерное излучение, составляет около 0,5 %. При накачке с помощью лампы-вспышки раствор красителя довольно сильно нагревается. Это приводит к образованию свилей, что ухудшает оптическое качество пучка и затрудняет одномодовую генерацию. Сравнительная характеристика лазеров на красителях, накачка которых осуществляется с применением ламп-вспышек и лазеров, приведена в таблице 2 Благодаря способу возбуждения лампой-вспышкой достигается, прежде всего, высокая энергия лазерного излучения и большая средняя мощность. Таблица 2 – Свойства лазеров на красителях с различными источниками накачки. Указанные диапазоны перестройки достигаются при использовании многих красителей.
2.2 Возбуждение с помощью импульсных лазеровПри накачке лазеров на красителях для применения в спектроскопии нередко используют другие импульсные или непрерывные лазеры. Длина волны накачки оптимально выбирается для возбуждения конкретного красителя, что позволяет избежать нежелательного эффекта нагрева и получить лазерный пучок хорошего качества. В качестве источников накачки лазеров на красителях часто привлекают другие импульсные лазеры в ультрафиолетовой или видимой области спектра: азотный лазер (337 нм), лазер на меди (510 нм), лазер на эксимере (УФ), рубиновый лазер (694 нм) или лазер с умноженной частотой Nd: ИАГ (532 нм и 355 нм). Эти лазеры накачки генерируют импульсы в наносекундном диапазоне при мощностях от 1 до 100 МВт. Длительность накачки короче времени перехода в триплетной системе (  ), так что здесь не возможна сколько-нибудь значимая триплетная населенность. Поэтому могут использоваться и такие красители, которые в силу их короткого ( ) времени перехода не пригодны для накачки с применением лампы-вспышки. Световой импульс длиной 1 нс соответствует пугу волн в 30 см. Длина резонатора лазера на красителе должна быть значительно меньше, чтобы лазерная волна как можно чаще проходила через активную среду.Излучение для накачки может вводиться в раствор красителя в продольном либо поперечном направлениях. В настоящее время при импульсных лазерах чаще используют поперечную накачку (рис. 2.1). Излучение накачки фокусируется с помощью цилиндрической линзы. Это излучение интенсивно поглощается, и максимальная инверсия преобладает в тонком слое в фокальной линии шириной около 0,2 мм. Для селекции длины волны узкий лазерный пучок расширяется с помощью телескопа или нескольких призм и отражается на поворотной дифракционной решетке. Основным поводом для такой дивергенции служит облучение большей поверхности решетки. В результате возрастает спектральная резкость излучения, так как разрешающая способность понижается с количеством эффективных штрихов решетки. Достигаемая ширина линий составляет около 0,1 нм. Далее, в результате расширения уменьшается плотность мощности и расходимость пучка. Частота следования импульсов у лазеров накачки на ИАГ, легированном неодимом, или лазеров на эксимере составляет несколько сотен Гц. С помощью лазеров на меди может быть достигнуто несколько десятков кГц с КПД порядка 50 %.  Рис. 2.1 – Конструкция импульсного лазера на красителе с поперечной накачкой. Ячейка с красителем имеет наклонные стенки – во избежание генерации лазерного излучения между плоскостями  Рис. 2.2 – Диапазоны перестройки и типовые величины энергии импульсов разных красителей при накачке лазерами на эксимере Для лазеров на красителях, накачиваемых импульсными лазерами, предлагается множество красителей с разными свойствами. На рис. 2.2 представлена спектральная характеристика соединений, возбуждаемых разными лазерами на эксимере в УФ-диапазоне. Длины волн могут быть от 300 до 1000 нм. Если сравнивать с лампами-вспышками, можно назвать следующие преимущества накачки с помощью импульсных лазеров: высокая пиковая мощность в диапазоне мегаватт, короткие импульсы в единицах наносекунд, частота следования импульсов выше 100 Гц, большие диапазоны перестройки — особенно в случае накачки УФ-лазерами. |
Вт
Вт
Вт