Лазер на красителях

ЛАЗЕР НА КРАСИТЕЛЯХ (ЛК), лазер, в котором активной средой являются органическиt соединения с развитой системой сопряжённых связей. Главнfz особенность ЛК - возможность перестройки длины волны генерируемого излучения λ_Γ, в широком диапазоне - от 330 нм до 1,8 мкм. Самая грубая перестройка - замена красителя. Существует несколько классов красителей: полиметиновые, обеспечивающие генерацию в красной и ближней ИК-области (λ_Γ = 0,7-1,5 мкм); ксантеновые, генерирующие излучение в видимой области (λ_Γ = 500-700 нм); кумариновые, генерирующие излучение в сине-зелёной области (λ_Γ = 400-500 нм). Наиболее часто используется ЛК на родамине 6G (λ_Γ = 570-640 нм).

Активная среда ЛК обычно представляет собой раствор красителя в этиловом или метиловом спирте, этиленгликоле или воде; реже краситель вводится в матрицу из пористого стекла или полимера. Краситель возбуждается внешним источником коротковолнового излучения. Электронные уровни молекул красителя сильно уширены за счёт электрон-фононного взаимодействия. Усиление и генерация излучения возникают на переходах с нижних колебательных подуровней первого возбуждённого электронного состояния S₁ на слабо заселённые верхние подуровни основного электронного состояния S₀ (рис. 1). Разность энергии фотонов идёт на безызлучательные переходы и переходит в теплоту. При сильном возбуждении, т. е. большой заселённости уровня растёт поглощение из возбуждённого состояния вверх на уровень S₂, а также безызлучательная релаксация на триплетный уровень Т₁, что приводит к уменьшению кпд лазера. Чтобы уменьшить вероятность этих процессов и нагрев активной области ЛК, для раствора красителя применяют проточную систему.

Для возбуждения ЛК используют аргоновый, криптоновый, азотный лазеры, лазер на парах меди, эксимерный лазер, лазер с ионами Nd³⁺, а также импульсные газоразрядные лампы. Кпд ЛК, работающего в импульсном режиме, достигает 30-40%, в непрерывном режиме - 5-10%.

ЛК с неселективным резонатором даёт широкополосное излучение с максимумом в центре полосы усиления. Установка дисперсионных элементов (дифракционной решётки, дисперсионной призмы и др.) в резонатор приводит к уменьшению спектральной ширины линии излучения, вплоть до получения одномодовой генерации. Оптическая схема импульсного узкополосного перестраиваемого ЛК содержит дифракционную решётку, интерферометр Фабри - Перо, кювету с раствором красителя и полупрозрачное зеркало (рис. 2). Существуют ЛК с распределённой обратной связью, где резонатор - периодическая структура (стационарная или динамическая), создаваемая в самой активной среде.

ЛК широко используются в научных целях как узкополосные источники излучения для спектроскопии с высоким спектральным разрешением, а также как лазеры с короткими временными (до 20 фс) импульсами. ЛК применяется в биологии, медицине, а также в лазерном разделении изотопов U.

Лит.: Лазеры на красителях. М., 1976; Анохов С. П., Марусий Т. Я., Соскин М. С. Перестраиваемые лазеры. М., 1982.