- •Лазерная техника Содержание
- •1. Газовые лазеры (гл)
- •Классификация гл
- •1.2. Некоторые сведения из физики газового разряда
- •1.2.1. Понятие плазмы газового разряда
- •1.2.2. Основные элементарные процессы в плазме гр
- •1.2.3. Понятие устойчивости гр
- •1.2.4. Описание гр с помощью вольтамперной характеристики (вах)
- •1.2.5. Несамостоятельный гр и его применение в гл
- •1.2.6. Самостоятельный гр и его применение в гл
- •1.2.7. Особенности конструкции гл с самостоятельным гр
- •1.2.8. Использование переменных полей для возбуждения гл
- •1.2.9. Импульсный гр и его применение в гл
- •1.3.1. Схема энергетических уровней молекулы , участвующих в процессе лазерной генерации
- •1.3.2. Создание инверсии на лазерных переходах
- •1.3.3. Формирование частотного спектра лазерного излучения
- •1.3.4. Зависимость мощности генерации со -лазера от температуры активной среды
- •1.3.5. Диффузионное охлаждение рабочей смеси
- •1.3.6. Многолучевые системы на базе диффузионного лазера
- •1.3.7. Конвективное охлаждение рабочей смеси
- •1.3.8. Импульсные -лазеры
- •1.3.9. Газодинамические -лазеры
- •1.5. Химические лазеры
- •1.5.1. Основные требования, необходимые для прямого преобразования химической энергии в световую
- •1.6. Атомарные лазеры (Не-Ne-лазер)
- •1.7. Ионные лазеры (Ar-лазер)
- •1.8. Лазеры на самоограниченных переходах
- •1.9. Эксимерные лазеры
- •2.Твердотельные лазеры с оптической накачкой
- •2.1. Общие характеристики и особенности генерации твердотельных лазеров с оптической накачкой
- •2.2 Рубиновый лазер
- •2.3. Лазеры на стекле с неодимом
- •2.4. Лазеры на гранате с неодимом (иаг-лазеры)
- •3. Полупроводниковые лазеры
- •3.1. Вынужденное излучение в полупроводниках
- •3.2. Создание инверсии в полупроводниках
- •3.3. Лазеры на гомоструктурах
- •3.4. Лазеры на гетероструктурах
- •4. Лазеры на растворах органических красителей
- •4.1. Лазерные красители
- •4.1.1. Общие сведения
- •4.1.2. Поглощение света лазерными красителями и их флуоресценция
- •4.1.3. Пути дезактивации возбужденных молекул красителя
- •4.1.4. Распространенные красители
- •4.2. Условие генерации
- •4.2.1. Режим многократного прохождения излучения в резонаторе
- •4.2.2. Режим сверхизлучения
- •4.3. Системы накачки
- •4.3.1. Поперечный способ накачки
- •4.3.2 Продольный способ накачки
- •4.4. Дисперсионные резонаторы лазеров на красителях
- •4.4.1. Резонаторы с дифракционной решеткой
- •4.4.2. Резонаторы с оптическими призмами
- •4.4.3. Резонаторы с интерферометром Фабри-Перо
- •4.4.4. Лазеры на красителях с распределенной обратной связью
4.4.3. Резонаторы с интерферометром Фабри-Перо
Для получения малой спектральной ширины полосы излучения ЛК особенно хорошие результаты дает метод, при котором в резонатор помещают один или более эталонов Фабри-Перо или интерференционных фильтров. Длина волны максимума пропускания k -гo порядка эталона Фабри-Перо толщиной t с показателем преломления n углом между нормалью и оптической осью определяется формулой 2tncos = к . Угловая дисперсия воздушного интерферометра равна . Можно показать, что спектральная ширина линии излучения при его расходимости определяется выражением
(4.5)
Сдвиг длин волн при повороте эталона Фабри - Перо на угол от положения, перпендикулярного оптической оси, дается выражением
где - длина волны при = О, Область дисперсии эталона Фабри-Перо равна
Спектральная ширина полосы вблизи , определяется коэффициентом отражения R зеркал эталона Фабри - Перо
,
где F - коэффициент резкости.
Из этих соотношений легко определить характеристики лазера и эталона Фабри - Перо, которые требуются для получения узкой полосы излучения и широкой области перестройки. Минимальная ширина полосы, которую можно получить, определяется минимальным углом, при котором отражение от первого зеркала эталона Фабри - Перо не попадает в кювету. Если q- отношение диаметра кюветы к расстоянию между эталоном Фабри - Перо и ближайшим к нему окном кюветы, то минимальная ширина полосы определяется как
Предположим, что в резонатор помещен призменный предселектор, который дает = 3 нм.
Тогда оптимальная область дисперсии эталона Фабри - Перо должна быть = = 3 нм. При типичном значении q = 0,05 определяемая расходимостью луча минимальная ширина полосы 0,075 нм . Увеличение угла при перестройке области дисперсии приводит к увеличению ширины полосы, до = 0,3 нм . Поэтому широкую область перестройки можно получить только за счет относительно большого увеличения ширины полосы. Кроме того, использование эталонов Фабри - Перо при больших углах вводит серьезные апертурные потери, которые становятся тем значительнее, чем больше отношение толщины эталона к диаметру пучка и чем больше угол.
Для получения особенно узкой ширины полосы генерации приходится уменьшать область перестройки и расходимость луча лазера. Таким методом была получена селекция длин волн и одновременно сужение спектра в лазерах с лазерной и ламповой накачкой. Хэнш сообщил, что в лазере на красителе при использовании только решетки ширина полосы составляла 3 пм. При помещении в резонатор эталона Фабри-Перо ширина полосы уменьшалась до 0,4 пм. Выходная мощность при этом уменьшалась с 20 до 3 кВт, по-видимому, в первую очередь из-за высоких потерь в применявшихся широкополосных отражающих покрытиях. Вероятно, по крайней мере, некоторые из этих потерь имеют другую природу, например вносимые эталоном. Это подтверждается небольшим понижением выходной мощности при помещении в резонатор последовательно интерференционного фильтра (эталон Фабри -Перо в низком порядке) и двух эталонов Фабри - Перо, используемых вблизи предельного угла. В лазере на родамине 6G с длиной волны излучения 600 нм и с энергией накачки 20 Дж Саровский получил мощность 2,4 кВт и ширину полосы 50 пм, помещая в резонатор только интерференционный фильтр. Введение первого эталона Фабри-Перо уменьшало пиковую мощность до 2,2 кВт, а ширину полосы до 7 пм. Введение второго эталона уменьшало пиковую мощность до 2,0 кВт и ширину полосы до 0,1 пм.
В качестве эталона Фабри-Перо обычно используются либо плоскопараллельные кварцевые пластинки с многослойными диэлектрическими покрытиями, отражающими в широкой области спектра, либо эталоны Фабри-Перо с воздушным зазором.