Реферат по лазерам на красителях. Лазеры на красителях

• Название: Лазеры на красителях
• Анкор: Реферат по лазерам на красителях
• Дата: 06.03.2023
• Размер: 1.13 Mb.
• Имя файла: Реферат по лазерам на красителях.docx
• Тип: Реферат; #972025
• страница: 3 из 5

2.3 Возбуждение с помощью непрерывных лазеров

В области спектроскопии высокого разрешения предпочтение отдается лазерам на красителях для накачки непрерывными ионными лазерами (Аr+ и Кr+). При этом раствор красителя в виде свободно падающей струи протекает через зону фокуса излучения накачки. Из-за быстрого течения имеет место уменьшенная населенность и пониженное поглощение на триплетном уровне. Два типовых исполнения показаны на рис. 2.3 и 2.4. В конструкции по рис. 2.3 пучки лазера накачки и лазера на красителе проходят коаксиально. В этом случае зеркала резонатора приходится снабжать специальным покрытием с целью обеспечения пропускания волны накачки. В самой распространенной конструкции по рис. 2.4 пучок лазера накачки проходит с легким опрокидыванием относительно оси резонатора мимо зеркал в краситель. Это дает то преимущество, что поток красителя, выходящий из щелевого сопла, используется под углом (полной поляризации) Брюстера. В результате удается избежать потерь при отражении, и лазерный пучок поляризуется. Но по причине наклонного потока красителя возникает эллиптическое искажение (астигматизм) пучка лазера. Это искажение компенсируется за счет исполнения резонатора с ломаной траекторией пучка, ибо при наклонном отражении на вогнутом зеркале также возникает астигматическое искажение. Волна накачки находится — в зависимости от фокусировки и числа оптических поверхностей в резонаторе — в диапазоне от нескольких милливатт до нескольких ватт. В зависимости от используемого красителя может быть преобразовано до 30 % поглощенной мощности. Элементы для селекции длины волны по рис. 2.4.



Рис. 2.3 – Конструкция лазера на красителе с продольной накачкой



Рис 2.4 – Лазер на красителе с ломаной траекторией пучка в непрерывном режиме генерации

При непрерывных лазерах на красителях в одномодовом режиме может быть достигнута высокая стабильность частоты (от МГ до кГц) вследствие температурной и механической стабилизации, а также на основе активного регулирования. Особенно высокие мощности в одномодовом режиме получают с помощью кольцевых лазеров (рис. 8.8). В линейном резонаторе по рис. 2.3 или 2.4 образуются стоячие волны, что приводит к пространственной модуляции усиления. Благодаря этой пространственной модуляции возможно скачкообразное изменение моды. В кольцевом резонаторе (рис. 2.5.) при наличии особых оптических элементов может быть индуцирована бегущая только в одном направлении волна. Эти элементы, образующие так называемый оптический диод, состоят, например, из фарадеевского вращателя и поляризатора. При этом поляризованный свет может проходить только в одном направлении. В противоположном направлении потери столь велики, что возбуждается лишь одна циркулирующая волна. Таким образом, при кольцевом лазере удается избежать стоячих волн, и все активные молекулы могут «работать на усиление». В одномодовом режиме, следовательно, достигается до 15 раз более высокая мощность.



Рис. 2.5 – Кольцевой лазер для одномодовой генерации

Диапазоны перестройки для лазеров на красителях при импульсной и непрерывной накачке показаны на рис. 2.6. Здесь покрывается вся видимая область спектра — почти до ИК-зоны около 1 мкм. При накачке с помощью УФ-лазеров эта зона простирается почти до ультрафиолетовой области. Большой диапазон перестройки лазеров на красителях в силу своей широкополосной флуоресценции считается одним из главных достоинств подобного исполнения. Для селекции длин волн используются разные конструкционные элементы, как то: решетки, призмы, фильтры и эталоны. В то время как решетки находят применение, в основном, при импульсных лазерах на красителях, для непрерывной генерации больше подходят фильтры Лио. При этом речь идет о двоякопреломлящей кристаллической пластинке, установленной в пучке под углом Брюстера. Перестройка осуществляется по широким диапазонам примерно от 100 нм через вращение фильтра перпендикулярно к плоскости пластины. Позади анализатора получают зависимое от длины волны пропускание, обеспечивающее ширину линии лазерного излучения 0,1 нм — примерно так, как это бывает при наличии решетки. С дополнительными фильтрами Лио большей толщины либо эталонами Фабри — Перо удается получить еще большее сужение спектра генерации лазера (рис. 8.7 и 8.8). Для одномодового режима используют обычно три фильтра или, соответственно, два эталона. При непрерывной перестройке одномодового лазера одновременно изменяются длина резонатора и пропускание селективных элементов. Диапазоны перестройки без скачков моды достигаются на уровне 100 ГГц.



Рис. 2.6 – Диапазоны перестройки и выходные мощности разных красителей при возбуждении непрерывными Ar+- и Kr+- лазерами (диапазон перестройки меньше, чем у импульсных лазеров)

Так как большинство лазеров на красителях обладают исключительно высоким коэффициентом усиления малого сигнала, требуется лишь небольшой объем активной среды. Однако поглощение интенсивного излучения и последующий нагрев малого объема красителя, а также быстрое заселение триплетного состояния приводят к необходимости непрерывной и быстрой замены вещества в рабочем объеме. Если этого не делать, происходит термическое разложение красителя, что увеличивает, в свою очередь, потери излучения в системе. Для предотвращения разложения красителя можно между двумя окнами, через которые осуществляется накачка и выходит когерентное излучение, помещать поток раствора красителя. Однако экспериментально было найдено, что молекулы красителя разлагаются и загрязняют окна («пригорают» к ним). Чтобы избежать этого, в лазерах на красителях используют струю раствора красителя, которая из специально сконструированного сопла выпускается в воздух, где образует ровный ламинарный слой, через который и проходит излучение лазера накачки.

На рис. 2.7 показаны сопло и коллектор, который собирает раствор для возвращения его .в систему циркуляции. Чтобы возник ламинарный режим истечения из сопла, в качестве растворителя часто используют этиленгликоль, т.е. вещество с очень высокой вязкостью (этиленгликоль известен также как основной компонент большинства антифризов).



Рис. 2.7 – Фотография сопла лазера с ламинарным потоком красителя и коллектора.

1 – лазерное излучение накачки; 2 – область потока красителя; 3 – патрубок для сбора раствора красителя; 4 – сопло; 5 – шланг для подачи раствора красителя.



Рис. 2.8 – Схематическое изображение лазера на красителях с ламинарным потоком.

Резонатор образован отражателем 3 (с радиусом кривизны r=5 см и коэффициентом отражения R=100%) и плоским выходным зеркалом 7 (R=95-98%). Вспомогательное зеркало 5 (r - 7,5 см, R=100%) служит для уменьшения габаритов резонатора и обеспечивает параллельность лазерного излучения 8 на выходе и излучения накачки 1, направляемого в объем поворотным зеркалом 2. Поток красителя 4 направлен перпендикулярно к плоскости рисунка и расположен под углом Брюстера к излучению накачки. Длины волн перестраиваются селектирующим элементом 6.