Физика

Перестраиваемые лазеры на красителях и их применение
Научное издание

Копылов С. М., Лысой Б. Г., Серегин С. Л., Чередниченко О. Б.

год издания — 1991, кол-во страниц — 240, ISBN — 5-256-00858-7, тираж — 2500, язык — русский, тип обложки — твёрд. 7Б, масса книги — 320 гр., издательство — Радио и связь

КНИГА СНЯТА С ПРОДАЖИ

Сохранность книги — хорошая

Р е ц е н з е н т ы:
д-р техн. наук В. И. Козинцев
к-т техн. наук В. Е. Мнускин

Формат 60x90 1/16. Бумага типографская №2. Печать высокая

Рассмотрены принципы работы и особенности перестраиваемых лазеров на красителях импульсного и непрерывного действия с когерентной (лазерной) накачкой. Обсуждены основные характеристики растворов органических красителей как активных лазерных сред. Значительное внимание уделено энергетическим характеристикам лазеров на красителях и методам получения узкополосного излучения. Приведены сведения о перспективных акустооптических способах перестройки длины волны излучения. Подробно рассмотрены нелинейно-оптические методы преобразования излучения лазеров на красителях: генерация второй гармоники и суммарной частоты, вынужденное комбинационное рассеяние. Кратко изложены физические свойства и условия образования центров окраски в кристаллах, а также принципы работы перестраиваемых лазеров на центрах окраски. Описаны некоторые промышленные образцы и перспективы применения перестраиваемых лазеров на красителях.

Для научных работников, занятых исследованием, разработкой и применением перестраиваемых лазеров; может быть полезна аспирантам.

Табл. 7. Ил. 110. Библиогр. 138 назв.

Лазеры на красителях (ЛК) занимают особое место благодаря возможности получения с их помощью перестраиваемого излучения в широком диапазоне длин волн. Безусловно, ЛК не являются единственным типом лазеров, допускающих широкодиапазонную перестройку длины, волны, однако по совокупности параметров (разнообразию режимов работы, выходной мощности, КПД, диапазону перестройки) на протяжении 25 лет они находятся вне конкуренции. Всё это предопределило бурное развитие ЛК и их широкое применение.

В нашей стране издано немало книг, посвященных перестраиваемым лазерам, в том числе и ЛК (например, «Лазеры на красителях» под ред. Шефера, 1976; С. П. Анохов, Т. Я. Марусий, М. С. Соскин «Перестраиваемые лазеры», 1982 и др.). Однако за время, прошедшее с момента выхода указанных книг, существенно изменились характеристики ЛК, особенно ЛК с когерентной накачкой, да и эти книги стали библиографической редкостью. Всё это определило целесообразность написания данной монографии.

По-видимому, ни один тип лазеров не обладает таким разнообразием режимов работы, как ЛК. Среди ЛК, выпускаемых промышленностью, есть лазеры с когерентной накачкой (непрерывные, импульсные); лазеры с некогерентной накачкой — импульсными лампами; лазеры с преобразованием частоты и синхронизацией мод. Рассмотреть все перечисленные типы ЛК в одной книге чрезвычайно трудно и вряд ли целесообразно. Лазеры на красителях с ламповой накачкой, например, настолько сильно отличаются от ЛК с когерентной накачкой, что первые заслуживают подробного рассмотрения в отдельной книге. То же относится к ЛК с синхронизацией мод, которые ближе к другим типам лазеров с синхронизацией мод, чем собственно к ЛК. Поэтому в настоящей монографии вопросы, связанные с «ламповыми» ЛК и лазерами с синхронизацией мод, практически не рассмотрены и основное внимание уделено ЛК с когерентной накачкой, их энергетике и формированию спектра выходного излучения. Как правило, все выдвигаемые положения помимо качественных рассуждений подкреплены соответствующими доказательствами, основанными на фундаментальных принципах лазерной физики.

Авторы сочли необходимым относительно подробно осветить материал по нелинейно-оптическому преобразованию частоты излучения ЛК, поскольку эти методы в них широко используются, а также вопросы, связанные с лазерами на центрах окраски.

Глава 1 написана О. Б. Чередниченко, гл. 2, 3, 4, 7 и приложения — С. М. Копыловым, гл. 5 — Б. Г. Лысым, гл. 6 — С. Л. Серегиным.

Авторы пользуются случаем выразить благодарность Л. К. Михайлову, чьи идеи, в большей части не опубликованные, легли в основу гл. 3.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предисловие	3

Г Л А В А 1.
РАСТВОРЫ ОРГАНИЧЕСКИХ КРАСИТЕЛЕЙ — АКТИВНАЯ СРЕДА
ПЕРЕСТРАИВАЕМЫХ ЛАЗЕРОВ

1.1. Строение молекул красителей	5
Структура молекул красителя (5). Строение электронных оболочек (6).
1.2. Схема энергетических уровней	8
1.3. Фотохимическая стойкость красителей	13

Г Л А В А 2.
СПОСОБЫ НАКАЧКИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЛАЗЕРОВ НА КРАСИТЕЛЯХ

2.1. Лазеры на красителях с импульсной когерентной накачкой	17
Качественные оценки КПД импульсных лазеров на красителях (17). Энергия возбуждения красителя (20). Время развития генерации (21). Эффективность квазистационарной генерации (22). Перестроечные характеристики импульсных ЛК с когерентной накачкой (25). Расчёт максимального усиления k(λ_Л) (26). Оптимизация ЛК с импульсной когерентной накачкой (30).
2.2. Оптические усилители в лазерах на красителях с импульсной когерентной накачкой	32
Усилители с продольным способом накачки (32). Усилители с поперечным способом накачки (34).
2.3. Лазеры на красителях непрерывного действия	36
Требования к накачке (36). Энергетические характеристики непрерывных ЛК (38) Влияние триплет-триплетного поглощения и поглощения генерации с нижнего уровня (43). Эффективность линейных одночастотных ЛК (46)

Г Л А В А 3.
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И МЕТОДЫ ВНУТРИРЕЗОНАТОРНОЙ
СЕЛЕКЦИИ СПЕКТРА ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРОВ НА КРАСИТЕЛЯХ

3.1. Формирование спектра излучения лазеров на красителях с селективным резонатором	48
Многопроходовое сужение спектра в импульсных ЛК (48). Формирование модового состава излучения (50). Расчёт спектра выходной энергии импульса (52). Границы применимости расчёта естественного сужения спектра (54). Спектр излучения непрерывных ЛК (55).
3.2. Лазеры на красителях с дисперсионными резонаторами	59
Качественный анализ (59). Дисперсионный резонатор с гауссовой диафрагмой (61). Условия применимости расчёта генерации (63). Влияние параметров резонатора на ширину линии генерации (64). Типичные схемы дисперсионных резонаторов (67).
3.3. Лазеры на красителях с амплитудной внутрирезонаторной селекцией спектра. Резонаторы с многоступенчатой селекцией	72
Идеальный внутрирезонаторный ЭПФ (72). Параметры реальных ЭПФ и оптимизация резонаторов (73). Интерференционно-поляризационные фильтры (ИФП) (80). Лазеры на красителях с комбинированной селекцией спектра (82).
3.4. Лазеры на красителях с акустооптическим управлением	84
Акустооптическое взаимодействие в изотропных и анизотропных средах (84). Акустооптические рефлекторы (88). Акустооптические фильтры (89). Лазеры на красителях с акустооптическими дефлекторами и фильтрами (91). Эволюция спектра в ЛК с акустооптическим управлением. Динамические моды (95).
3.5. Лазеры на красителях с распределённой обратной связью	96

Г Л А В А 4.
НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ИЗЛУЧЕНИЯ
ЛАЗЕРОВ НА КРАСИТЕЛЯХ

4.1. Основы методов нелинейно-оптического преобразования излучения	102
4.2. Нелинейно-оптическое преобразование излучения лазеров на красителях с импульсной когерентной накачкой	106
Генерация второй гармоники (106). Угловые характеристики второй гармоники излучения ЛК (ИЗ). Генерация суммарных и разностных частот (118). Преобразование излучения импульсных ЛК с помощью вынужденного комбинационного рассеяния (123).
4.3. Нелинейно-оптическое преобразование частоты излучения лазеров на красителях с непрерывной накачкой	131
Генерация второй гармоники вне резонатора (132). Генерация второй гармоники во внешнем резонаторе (134). Преобразование излучения непрерывных ЛК с помощью ВРГВГ (136).
4.4. Нелинейные элементы и режимы работы лазеров на красителях с преобразованием частоты	140
Перестраиваемые импульсные ЛК с преобразованием частоты, накачиваемые излучением лазеров на АИГ (140). Напрерывные ЛК с преобразованием частоты (142).

Г Л А В А 5.
ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЕ ЛАЗЕРЫ НА ЦЕНТРАХ ОКРАСКИ

5.1. Физика центров окраски	145
Микроструктура важнейших типов ЦО (145). Общие замечания об энергетической структуре ЦО (147). Уширение спектров поглощения и люминесценции ЦО (148). Основные требования к активным ЦО (149).
5.2. Создание центров окраски	154
Общие замечания (154). Методы окрашивания кристаллов (154). FU преобразование (156). Агрегация ЦО (156). Фотоионизация ЦО (157).
5 3. Характеристики и особенности функционирования лазеров на центрах окраски	158
Энергетические характеристики (156). Тепловыделение в активной среде лазера на ЦО (159). Ориентационное обесцвечивание ЦО (160). Фотоиндуцированная анизотропия показателя преломления в кристаллах с ЦО (162). Некоторые особенности практического использования лазеров на ЦО (163). Непрерывные перестраиваемые лазеры на ЦО фирмы Burleigh (165). Импульсный перестраиваемый лазер на ЦО МАЛСАН-201 (167).

Г Л А В А 6.
НЕКОТОРЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ОБРАЗЦЫ ЛАЗЕРОВ НА КРАСИТЕЛЯХ

6.1. Импульсные лазеры на красителях с когерентной накачкой	168
Лазеры накачки (168) Перестраиваемый лазер ЛЖИ-501 (170). Перестраиваемые лазеры серии ВЛ (174). Перестраиваемые лазеры ЛЖИ-504, ЛЖИ-507 (177). Некоторые модели ЛК зарубежных фирм (179). Перестраиваемые лазеры с акустооптическим управлением (183).
6 2. Непрерывные лазеры на красителях	188
6.3. Устройства автоматизации перестраиваемых преобразователей частоты	190

Г Л А В А 7.
АНАЛИТИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫХ ЛАЗЕРОВ
НА КРАСИТЕЛЯХ

7.1. Лазерный атомно-флуоресцентный спектрометр	194
Абсорбционный анализ (194). Атомно-флуоресцентный анализ при непрерывном возбуждении (196). Атомно-флуоресцентный анализ при импульсном возбуждении (197). Лазерный атомно-ионизационный спектрометр (201).
7.2. Спектроскопия когерентного антистоксова рассеяния света	204
Основы метода (204). Схема КАРС-спектрометра (207). Измерение температуры с помощью КАРС-спектрометра (209). Измерение состава газовых смесей (211). Требования к параметрам лазеров (212).
7.3. Метод дифференциального поглощения в дистанционном зондировании атмосферы	213
Основы метода. Лидарное уравнение (213). Схема лидара на основе ДПР (215). Чувствительность метода ДПР и требования к ЛК (217).

П р и л о ж е н и е 1. Интенсивность насыщения и нулевые колебания электромагнитного вакуума	219
П р и л о ж е н и е 2. Эффективность ГСЧ в поле многомодового и многочастотного лазерного излучения	222
П р и л о ж е н и е 3. Вывод формулы Бойда и Клейнмана для эффективности ГВГ в сфокусированном гауссовом пучке в приближении заданного поля	224

Заключение	227
Список литературы	228

Книги на ту же тему

Кинетическая теория лазеров, Машкевич В. С., 1971
Квантовая оптика и квантовая радиофизика, Кролль Н., Глаубер Р., Лэмб У., Вантер Ж., 1966
Физические основы квантовой электроники (оптический диапазон), Тарасов Л. В., 1976
Полупроводниковые инжекционные лазеры. Динамика, модуляция, спектры, Тсанг У., ред., 1990
Эксимерные лазеры, Роудз Ч., ред., 1981
Внутрирезонаторная лазерная диагностика плазмы, Климчицкая Г. Л., Полушкин И. Н., Свириденков Э. А., 1994
Возбуждённые частицы в химической кинетике, Бамфорд К., Типпер К., ред., 1973

http://knigoprovod.ru

/Наука и Техника/Физика

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему