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: 5 из 5

5. Разделение изотопов

Одной из наиболее интересных и важных областей применения лазеров на красителях может оказаться разделение изотопов, особенно изотопов урана. Основными изотопами природного урана являются 235 U и 238 U, причем 235 U содержится менее 1%. Для использования в качестве топлива в атомных реакторах требуется смесь с содержанием по крайней мере 3% 235 U. В настоящее время используется газодиффузионный метод разделения изотопов урана — очень дорогой и медленный процесс. Предложенный метод разделения изотопов урана при помощи лазеров на красителях основан на том, что эти лазеры можно очень точно настроить на определенную длину волны. Причем точность их такова, что излучение может селективно возбуждать атомы 235 U, не возбуждая при этом атомов 238 U. Затем возбужденные атомы 235 U ионизуют, что можно сделать с помощью другого (коротковолнового) источника света. Ионы 235 U можно отделить затем от нейтральных атомов 238 U в электростатическом поле. Хотя технология разделения изотопов урана в промышленных масштабах еще не разработана, эксперименты, проведенные для демонстрации принципиальной возможности разделения, оказались успешными. Для разделения больших количеств изотопов была предложена лазерная система, рассчитанная на работу со средней мощностью 10 Вт при длине волны 500 нм. Частота следования импульсов должна быть порядка 400 Гц при длительности импульса около 1 мкс. Вместо лазеров, работающих в видимой области спектра, некоторые схемы разделения изотопов требуют использования перестраиваемых «инфракрасных» лазеров для осуществления взаимодействия излучения с молекулярными колебаниями в гексафториде урана . Проводятся исследования по созданию широкополосных перестраиваемых источников когерентного излучения в области длин волн от 2 до 20 мкм.

6. Расширение спектрального диапазона лазера

Одной из главных задач специалистов, разрабатывающих лазерные устройства, является создание источников когерентного излучения, длину волны которых можно перестраивать во всем спектральном диапазоне от дальней инфракрасной области до ультрафиолета (и еще более коротковолнового излучения). Создание лазера на красителях оказалось исключительно важным событием с этой точки зрения, так как их излучение можно перестраивать в диапазоне длин волн, выходящем за пределы видимой области спектра. Однако имеются существенные «разрывы» в спектре лазерного излучения, т. е. области, в которых известные лазерные переходы редки, а перестройка их частоты возможна лишь в узких спектральных диапазонах. Широкие полосы флуоресценции, на существовании которых основана работа перестраиваемого лазера на красителях, не обнаружены в дальней инфракрасной области спектра, а используемые в лазерах красители быстро разрушаются интенсивным излучением накачки при возбуждении красителя, когда надо получить генерацию в ультрафиолетовой области спектра.

Нелинейная оптика. В поисках способов заполнить эти пробелы многие специалисты по лазерам использовали нелинейные эффекты в некоторых оптических материалах. В 1961 г. исследователи из Мичиганского университета сфокусировали свет рубинового лазера (длина волны 694,3 нм) в кристалл кварца и зарегистрировали в прошедшем кристалл излучении не только сам свет рубинового лазера, но и излучение с удвоенной частотой, т. е. на длине волны 347,2 нм. Хотя это излучение было много слабее, чем на длине волны 694,3 нм, тем не менее это коротковолновое излучение имело характерную для лазерного света монохроматичность и пространственную когерентность. Процесс генерации такого коротковолнового излучения известен как удвоение частоты, или генерация второй гармоники. (ГВГ), и представляет собой один пример из множества нелинейных оптических эффектов, которые использовались для расширения перестраиваемого, спектрального диапазона лазерного излучения.

ГВГ часто применяют для преобразования инфракрасного излучения (l=1,06 мкм и другие линии) неодимового лазера в излучение, попадающее в желто-зеленую область спектра (например, l=530 нм), в которой можно получить лишь небольшое число интенсивных лазерных линий. Генерацию гармоник можно также использовать для того, чтобы получить излучение с частотой в три раза большей, чем у исходного лазерного излучения. Нелинейные характеристики рубидия и других щелочных металлов применяют, например, для утроения частоты неодимового лазера до значения, соответствующего длине волны 353 нм, т. е. попадающего в ультрафиолетовую область спектра. Теоретически возможны процессы генерации гармоник, более высоких, чем третья, но эффективность такого преобразования крайне низка, поэтому с практической точки зрения они не представляют интереса. Возможность генерации когерентного излучения на новых частотах не ограничивается процессом генерации гармоник. Одним из таких процессов является процесс параметрического усиления, который заключается в следующем. Пусть на нелинейную среду воздействуют три волны: мощная световая волна с частотой (волна накачки) и две слабые световые волны с более низкими частотами и . При выполнении условия и условия волнового синхронизма имеет место перекачка энергии мощной волны с частотой в энергию волн с частотами и . Если нелинейный кристалл поместить в оптический резонатор, то получим прибор, очень напоминающий лазер и носящий название параметрического генератора. Такой процесс был бы полезен даже в том случае, если бы возможности его использования были ограничены получением разностей частот двух существующих. лазерных источников. Фактически же параметрический генератор является устройством, способным генерировать когерентное оптическое излучение, частоту которого можно перестраивать почти во всем видимом диапазоне. Причина эта заключается в том, что нет необходимости использовать дополнительные источники когерентного излучения на частотах и . Колебания эти могут сами возникать в кристалле из шумовых фотонов (тепловых шумов), которые всегда в нем присутствуют. Эти шумовые фотоны имеют широкий спектр частот, расположенный преимущественно в инфракрасной области спектра. При определенной температуре кристалла и ориентации его по отношению к направлению волны накачки и к оси резонатора упомянутое выше условие волнового синхронизма выполняется для определенной пары частот и . Для перестройки частоты излучения надо изменить температуру кристалла или его ориентацию. Рабочей частотой может быть любая из двух частот и в зависимости от того, какой диапазон частот излучения прибора нужен. Быструю перестройку частоты в ограниченном спектральном диапазоне можно получить с помощью электрооптического изменения показателей преломления кристалла. Как и в случае лазера, имеется пороговый уровень мощности накачки, который для получения стационарных колебаний следует превысить. В большинстве параметрических генераторов в качестве источника накачки используют лазеры видимого диапазона, такие, как аргоновый лазер, или вторую гармонику неодимового лазера. На выходе прибора получают перестраиваемое излучение инфракрасного диапазона.

7. Лазерные установки на красителях

7.1 Cynosure Cynergy

Рис. 7.1 – Внешний вид установки Cynosure Cynergy

Cynosure Cynergy – инновационный лазерный аппарат для устранения сосудистых патологий. Предназначен для эффективного удаления: варикозно расширенных вен, сосудистых звездочек, дифузной красноты; сложных сосудистых патологий, таких как гемангиомы, винные пятна, ангиомы, у взрослых и детей. Платформа Cynergy объединяет в себе лазер на красителях и неодимовый лазер для устранения поверхностных и глубоких сосудистых патологий соответственно. Лазерный аппарат способен комбинировать PDL и YAG излучение в последовательном импульсе.

Таблица 4 - Технические характеристики установки

Тип излучателя	Nd: YAG	На красителях
Длина волны, нм	1064	585
Время импульса, мс	0.5-300	0.5-40
Диаметр оптического волокна	Плотность энергии импульса
15	35	-
12	50	7
10	80	10
7	160	20
5	240	40
3	300	-
1,5	600	-
Частота лазерного излучения, Гц	5	10

7.2 Q-scan

Рис. 7.2 – Внешний вид установки Q-scan

Q-scan — это наносекундный лазер на красителях с высоким разрешением в диапазоне от 200 нм до 4,5 мкм. Лазер обеспечивает исключительную точность определения длины волны, что делает этот лазер идеальным для применений в области спектроскопии высокого разрешения и многих других.

Таблица 5 – Значения энергии для различных длин волн



Таблица 6 – Основные параметры

7.3 FTSS Dye laser

Рис. 7.3 – Внешний вид установки FTSS Dye laser

Лазер на красителях FTSS Dye laser перестраивается по длине волны излучения в диапазоне 400 – 900 нм с возможностью удвоения частоты до 205-400 нм. Для возбуждения рабочего тела лазера на красителях в качестве источника накачки используется импульсный DPSS лазер высокой мощности 532/355/266 нм. Настройка рабочей длины волны осуществляется в ручном режиме или в автоматическом режиме, который значительно облегчает настройку лазера и становится возможен в результате опционной комплектации лазера «Автоматизированным модулем настройки длины волны», управление которым осуществляется с помощью программного обеспечения. SHG (генерация второй гармоники) удвоение частоты блока интегрированы в конструкцию и составляют неотъемлемую часть лазера на красителях . Лазеры на красителях, разработанные компанией CLS на сегодняшний день, довольно широко используются в биологии, биомедицине, химии и аналитике.

Таблица 7 – Основные технические характеристики FTSS Dye laser





Рис. 7.4 – Габаритные и присоединительные размеры установки FTSS Dye laser

Вывод

Благодаря возможности перестройки длины волны, широкому спектральному диапазону работы и возможности генерации фемтосекундных импульсов лазеры на органических красителях играют важную роль в различных областях. В частности, эти лазеры широко используются в научных приложениях либо как непрерывные узкополосные (вплоть до одномодовых) перестраиваемые источники излучения для частотной спектроскопии сверхвысокого разрешения, либо в качестве лазеров с фемтосекундными световыми импульсами для спектроскопии с высоким разрешением по времени. Среди других областей использования следует отметить биологию и медицину (например, лечение диабетической ретинопатии или лечение некоторых дерматологических заболеваний), а также лазерную фотохимию. В частности, для лазерного разделения изотопов урана 235 U была построена импульсная лазерная система, включающая в себя 20 лазеров на красителях (с поперечной накачкой лазером на парах меди, средняя мощность накачки ).

Список литературы

1. Лазерная техника / Д. ОШиа, Р. Коллен, У. Родс; Перевод с англ. А. Б. Берлизова и др. - М. : Атомиздат, 1980. - 256 с. : ил.; 22 см

2. Айхлер, Ю. Лазеры. Исполнение, управление, применение/ Ю. Айхлер, Г.-И. Айхлер. – Москва: Техносфера, 2008. – 440с.

3. Принципы лазеров / Пер. под науч. ред. Т. А. Шманова. 4-е изд. – СПБ.: Издательство «Лань», 2008. – 720 с.: ил. – (Учебные пособия для вузов. Специальная литература).

4. Тарасов Л. В. Физика процессов в генераторов когерентного оптического излучения. – М.: Радио и связь. 1981. – 440 с. с ил.

5. Лекции по квантовой электронике Н. В. Карлов

6.Лазерное разделение изотопов в атомарных парах / П. А. Бохан, В. В. Бучанов, Д. Э. Закревский [и др.]. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. – 208 с.

7. Техника перестройки лазеров / Филипп Феру, Ли Мак-Крамб // Фотоника. – 2007. – №3.

8. UMETEX AESTHETICS Оборудование для лазерной косметологии [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://umetex-a.ru/catalog/cynergy

9. Специальные Системы. Фотоника [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://sphotonics.ru/catalog/perestraivaemye-lazery-na-krasitelyakh/qscan/

10. Центр технического сопровождения "НАУКА" [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://scientific-technology.ru/laserslink/dyelaser/product/view/5/28

Москва

2021