Реферат по лазерам на красителях. Лазеры на красителях
 Скачать 1.13 Mb.
|
3. Непрерывная перестройка частоты излученияПерестройка частоты лазерного излучения осуществляется с помощью частотно-селективных элементов типа призменного устройства. В некоторых случаях для увеличения дисперсии используют систему из нескольких призм, работающих вблизи угла Брюстера. Иногда коэффициент усиления красителя бывает настолько высок, что роль диспергирующего элемента (и одновременно «глухого» зеркала) может выполнять дифракционная решетка. Если нормаль к поверхности решетки составляет угол  с оптической осью резонатора, то в обратном направлении распространяется излучение в узком спектральном диапазоне вблизи длины волны, удовлетворяющей условию, где m — целое число (работа обычно ведется в первом порядке, т. е. m= 1); d — период решетки. Излучение с другими длинами волн не возвращается в резонатор и испытывает большие потери. Рабочую длину волны можно изменить простым поворотом решетки. Имеется ряд других частотно-селективных элементов, которые можно помещать в резонатор лазера на красителях. Одним из таких элементов является используемый в промышленных приборах так называемый клиновой фильтр. Этот фильтр состоит из слоя диэлектрического материала в форме клина, на который с двух сторон нанесены слои, образующие зеркала с высоким коэффициентом отражения. Таким образом, фильтр представляет собой эталон Фабри-Перо с переменным по высоте расстоянием между зеркалами. Передвижение клина в направлении, перпендикулярном к оптической оси резонатора, вызывает изменение длины волны, соответствующей максимуму пропускания фильтра. Уменьшенные потери на этой длине волны позволяют осуществить генерацию излучения. Однако ширина линии лазерного излучения при таком методе селекции может оказаться слишком большой для ряда приложений. Поэтому для дальнейшего сужения линий генерации в резонатор помещают один (или более) плоскопараллельный эталон Фабри-Перо, подобный применяемому для получения одномодового режима некоторых лазеров. Другим устройством, которое можно использовать для плавной перестройки частоты лазеров на красителях, является двоякопреломляющий фильтр, состоящий из нескольких кристаллических кварцевых пластин различной толщины. Пластины эти помещают в лазерный резонатор под углом Брюстера к оси, так что вертикально-поляризованный свет не испытывает потерь на отражение на поверхностях пластин. Как отмечалось ранее, такие условия способствуют усилению в резонаторе света с высокой степенью поляризации. Перестройка длины волны выполняется вращением пластин, закрепленных на общем основании, вокруг нормали к поверхности пластин, как это показано на рис. 3.1. Так как пластины наклонены к оптической оси резонатора, вращение приводит к эффективному изменению разности показателей преломления и, следовательно, к изменению выделенной длины волны.  Рис. 3.1 – Схематическое изображение двулучепреломляющего фильтра: N – направление нормали к плоскости пластин; F, S – быстрое и медленное главные направления вращения кристалла соответственно. Требования техники безопасности при работе с лазером на красителях в основном те же, что и при работе с любым мощным лазером, излучающим в видимой области спектра. Если лазер на красителях покрыт пылью, то могут существовать пучки, распространяющиеся по довольно неожиданным направлениям. Во время юстировки или осмотра лазера следует принять во внимание все возможные направления излучения и позаботиться о том, чтобы заэкранировать их. При работе с лазером на красителях необходимы защитные очки, которые поглощали бы как излучение всех линий азотного лазера накачки, так и излучение лазера на красителе во всем диапазоне перестройки его длины волны. В некоторых случаях таким требованиям могли бы удовлетворить лишь полностью непрозрачные очки. 4. Сверхкороткие импульсыВ лазерах с большой оптической шириной полосы обычно имеют место многочисленные моды. В результате синхронизации мод возможно такое наложение отдельных волн, что с регулярными интервалами (  ) будут возникать короткие импульсы. При непрерывных лазерах на красителях используется синхронная накачка и пассивная синхронизация мод.Для синхронной накачки применяют ионные лазеры с синхронизованными модами. Подобные ионные лазеры генерируют импульсы длительностью 20 пс со средней мощностью около 1 Вт. Излучение накачки вводится в краситель, как показано на рис. 2.4. Предпосылкой генерации сверхкоротких импульсов является то, что длины резонаторов лазера накачки и лазера на красителе равны с точностью до нескольких микрометров. В этом случае усиление активной среды лазера модулируется с круговой частотой света в резонаторе  . При этом время отражения верхнего лазерного уровня красителя должно быть примерно на 5 нс короче  — времени прохождения лазерного излучения через резонатор в прямом и обратном направлениях. Здесь, в отличие от активной синхронизации мод, модулируются не потери, а усиление. В результате в лазере на красителе образуются импульсы, которые на 2—3 десятичных порядка короче импульсов накачки, чем обеспечивается достижение длительности импульсов около 0,1 пк.Еще более короткие импульсы до 25 фс можно получить при лазерах с пассивной синхронизацией мод. Здесь работа ведется с непрерывными лазерами накачки. Благодаря этому отпадает необходимость во взаимной стабилизации длин лазера на красителе и лазера накачки. Синхронизация мод обеспечивается действием насыщающегося резонансного поглотителя (просветляющегося фильтра). Первоначально использовались схемы кольцевого лазера (без оптического диода). Здесь роль насыщающегося поглотителя также играет свободно падающий луч. В лазере формируются тогда два импульса, проходящих в прямом и обратном направлениях, встречающихся в поглотителе и просветляющих его. Одиночный импульс обладал бы меньшей интенсивностью, слабее просветлял бы поглотитель, поэтому он здесь не формируется. Нелинейное пропускание при каждом прохождении в прямом и обратном направлениях приводит к укорочению обоих импульсов, пока не устанавливается равновесие с эффектами удлинения импульсов (групповая дисперсия скоростей). Этот способ известен также как СРМ = от англ. colling pulse modelocking. Между тем доказано, что импульсы сравнимой длительности могут генерироваться также и пассивными поглотителями в линейных резонаторах согласно рис. 2.4. Дальнейшее укорочение до единиц в несколько фемтосекунд происходит по принципу сжатия импульсов в стекловолокнах (см. таблицу 3), и тогда цуг световых волн состоит всего из нескольких длин. Таблица 3 – Генерация сверхкоротких импульсов лазерами на красителях
|