Лазери на барвниках

Роботу виконує Котляр Анна

Загальний опис (принцип дії)

У твердих речовинах можна створити велику концентрацію випромінюючих атомів і, значить, отримати велику енергію з одного кубічного сантиметра стрижня. Але їх важко робити, вони дорогі і до того ж можуть лопатися через перегріву під час роботи. Гази дуже однорідні оптично, розсіювання світла в них мало, тому розмір газового лазера може бути досить значним: довжина 10 метрів при діаметрі 10-20 сантиметрів для нього не межа. Але таке збільшення розміру нікого не радує. Це вимушений захід, необхідний для того, щоб компенсувати незначну кількість активних атомів газу, що знаходиться у слухавці лазера під тиском в соті частки атмосфери. Прокачування газу трохи рятує справу, дозволяючи зменшити розмір випромінювача. Рідини об'єднують в собі достоїнства і твердих і газоподібних лазерних матеріалів: щільність їх всього в два-три рази нижче щільності твердих тіл (а не в сотні тисяч разів, як щільність газів). Тому кількість їх атомів в одиниці об'єму приблизно однаково. Значить, рідинний лазер легко зробити таким же потужним, як лазер твердотільний. Оптична однорідність рідин не поступається однорідності газів, а значить, дозволяє використовувати її великі обсяги. До того ж рідина теж можна прокачувати через робочий об'єм, безперервно підтримуючи її низьку температуру і високу активність її атомів. 1. Лазери на барвниках Називаються вони так тому, що їхня робоча рідина - розчин анілінових фарб у воді, спирті, кислоті та інших розчинниках. Рідина налита в плоску ванночку-кювету. Кювету встановлена між дзеркалами. Енергія молекули барвника накачується оптично, тільки замість лампи-спалаху спочатку використовувалися імпульсні рубінові лазери, а пізніше - лазери газові. Лазер-накачування всередину рідинного лазера не вбудовують, а поміщають поза лазера, вводячи його промінь в кювету через віконце в корпусі. Зараз вдалося добитися генерації світла і з імпульсною лампою, але не на всіх барвниках. Розчини можуть випромінювати імпульси світла різної довжини хвилі - від ультрафіолету до інфрачервоного світла - і потужністю від сотень кіловат до декількох мегават (мільйонів ват), в залежності від того, який барвник налитий у кювету. Лазери на барвниках володіють однією особливістю. Всі лазери випромінюють строго на одній довжині хвилі. Це їх властивість лежить в самій природі вимушеного випромінювання атомів, на якому заснований весь лазерний ефект. У великих і важких молекулах органічних барвників вимушене випромінювання виникає відразу в широкій смузі довжин хвиль. Щоб домогтися від лазера на барвниках монохроматичности, на шляху променя стає світлофільтр. Це не просто забарвлене скло. Він являє собою набір скляних пластин, які пропускають тільки світло однієї довжини хвилі. Змінюючи відстань між пластинами, можна злегка змінити довжину хвилі лазерного випромінювання. Такий лазер називається перебудовуваним. А для того, щоб лазер міг генерувати світло в різних ділянках спектра - переходити, скажімо, від синього до червоного світла або від ультрафіолетового до зеленого, - досить змінити кювету з робочою рідиною. Найбільш перспективні вони виявилися для дослідження структури речовини. Перебудовуючи частоту випромінювання, можна дізнатися, світло якої довжини хвилі поглинається або розсіюється на шляху променя. Таким способом можна визначити склад атмосфери і хмар на відстані до двохсот кілометрів, виміряти забрудненість води чи повітря, вказавши відразу, якого розміру частки його забруднюють. Тобто можна побудувати прилад, автоматично і безперервно контролюючий чистоту води і повітря. Але поряд з широкосмуговими рідинними лазерами існують і такі, у яких, навпаки, монохроматичность набагато вище, ніж у лазерів на твердому тілі або на газі. Довжина хвилі світла лазера може змінюватися, укорачиваясь і подовжуючись приблизно на одну соту (у хороших лазерів). Чим менше відстань між дзеркалами, тим ця смуга ширше. У напівпровідникових лазерів, наприклад, вона становить вже кілька довжин хвиль, а у лазера на основі солей неодиму ця смуга - одна десятитисячна. Така сталість довжини хвилі можна отримати тільки у великих газових лазерів, та й то, якщо взяти всілякі необхідні для цього заходи: забезпечити стійкість температури трубки, сили струму, її живить, і включити в схему лазера систему автоматичного підстроювання довжини хвилі випромінювання. Потужність випромінювання при цьому повинна бути мінімальною: при її підвищенні смуга розширюється. Зате в рідинному неодимовому лазері вузька смуга випромінювання виходить сама собою і зберігається навіть при помітному підвищенні потужності випромінювання, а це вкрай важливе для всякого роду точних вимірювань. Тому від того, наскільки точно витримується довжина хвилі світла, випромінюваного лазером, залежить і точність вимірювань. Зменшення смуги випромінювання лазера в сто разів обіцяє сторазове збільшення точності вимірювання довжин.

Історична довідка

Персоналії, виробники, історія відкриття, виробництва тощо

Технічні характеристики

Технічні характеристики

Сфера застосування

Опишіть сфери, способи та результати застосування експонату. Вкажіть при цьому часові інтервали застосування

Фото, відео-матеріали

Тут розмістіть власні фото або фото з відкритих джерел, а також посилання на відео