ЛАЗЕРЫ НА КРАСИТЕЛЯХ

Лазеры, использующие в качестве активной среды органич. соединения с развитой системой сопряжённых связей (красители в виде растворов или паров). Первые Л. н. к. появились в 1966—67. Наиболее распространены производные оксазола, оксадиазола, бензола, а также кумариновые, ксантеновые, оксазиновые и полиметиновые красители. Электронные уровни молекул красителей сильно уширены (непрерывная совокупность колебат. состояний, (см. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СПЕКТРЫ). Усиление и генерация возникают на переходах с нижних колебат. подуровней первого возбуждённого электронного состояния S1 на верхние, слабо заселённые подуровни осн. электронного состояния S0 (рис. 1, а).

Помимо излучат. переходов S1 ®S0 часть молекул после возбуждения претерпевает безызлучательный переход в метастабильное триплетное состояние Т1.

Рис. 1. a — Схема электронных уровней энергии красителя: слева — синглетные уровни (спины двух внеш. эл-нов молекулы антипараллельны), справа — триплетные уровни (спины параллельны); б — спектры поглощения и люминесценции красителя.

Накопление молекул в состоянии T1 приводит к поглощению генерируемого излучения и переходу T1®T2. Для устранения поглощения применяют кратковрем. импульсы накачки с длительностью t<

Оптич. накачку осуществляют лазерами (эксимерный лазер, газовые лазеры на N2, на парах Cu, твердотельные лазеры) и газоразрядными импульсными лампами. В случае импульсной лазерной накачки Л. н. к. излучает одиночные или периодически повторяющиеся импульсы длительностью от 1—2 до десятков нс при кпд от единиц до неск. десятков % и мощности излучения, достигающей сотен МВт. Спектр излучения смещён в длинноволновую сторону относительно лазера накачки (рис. 1,б) и генерация при смене красителя может быть получена на любой длине волны l от 322 нм до 1260 нм. Наиболее широкую область перестройки спектра даёт накачка рубиновым лазером (осн. волна l=694 нм и вторая оптическая гармоника l=347 нм).

Непрерывный режим генерации Л. н. к. осуществляется при накачке красителей аргоновым или криптоновым лазером. Область перестройки от 400 до 960 нм, кпд от единиц до десятков %, выходная мощность =1—20 Вт. Особенно эффективны Л. н. к. с прокачкой через резонатор р-ра красителя, напр. в форме свободной струи. Фильтр с нелинейным поглощением, помещённый в резонатор, позволяет осуществить режим синхронизации мод, обеспечивающий непрерывную последовательность ультракоротких импульсов длительностью до 2•10-13 с.

Л. н. к. с нелазерной накачкой работают в импульсном режиме с длительностью излучения до 102 мкс. Для накачки используются коаксиальные или трубчатые импульсные лампы с крутым фронтом нарастания импульса. При накачке стандартными трубчатыми лампами (длительность фронта tф = 10 мкс) энергия излучения =10 Дж, а кпд =1%; в случае спец. ламп накачки получены импульсы с энергией в неск. сотен Дж. При частоте повторения 200— 300 Гц и ламповой накачке мощность излучения > 100 Вт (для родамина, l = 580 нм). При длительности разряда ламп накачки <1 мкс область перестройки спектра = 340—960 нм, В случае более длит. импульсов накачки (= 10 мкс) область перестройки сужается (400—700 нм).

В простом оптическом резонаторе красители генерируют излучение широкого спектр, состава (Dl = 10 нм). Однако линия генерации легко может быть сужена до 10-3—10-4 нм без значит. потерь энергии излучения при использовании дисперсионных элементов, напр. дифракц. решётки (рис. 2).

Рис. 2. Схема узкополосного лазера на красителе: ДР — дифракц. решётка; ИТ — интерферометр Фабри — Перо; КР — кювета с раствором красителя; 3 — полупрозрачное зеркало.

Наиболее узкие линии (=103 Гц) получают в непрерывных стабилизир. Л. н. к. Перестройка обычно осуществляется заменой красителя (грубая) и поворотом дисперс. элементов (плавная).

Благодаря возможности получения высокого усиления в малом объёме Л. н. к. перспективны для миниатюризации лазерных устройств. Особенно интересны Л. н. к. с распределённой обратной связью, где резонатор — периодич. структура (стационарная или динамическая), создаваемая в самой активной среде.