Ядра в лучах лазера - Гангрский Ю.П.
Скачать (прямая ссылка):
За последние годы в практику экспериментов начали довольно широко внедряться лазерные установки на красителях кольцевого типа, в которых в качестве источников накачки используется мощное излучение до 20 Вт в ультрафиолетовой и видимой областях спектра от ионных аргоновых или криптоновых лазеров непрерывного действия. Лазерные установки подобного типа действуют во многих научно-исследовательских центрах страны, в том числе в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне для изучения структуры и свойств радиоактивных ядер в широком диапазоне масс.
Все лазеры на красителях накачиваются оптиче* ским методом. Важно, чтобы источник накачки излучал свет на частотах, близких к положению максимума полосы поглощения. По самой природе красителя лазерное излучение на выходе является более длинноволновым, чем возбуждающее излучение.
Наприхмер, накачка родамина 6Ж, испускающего излучение в максимуме интенсивности вблизи длины волны, равной 590 нм в оранжевой области спектра, осуществляется излучением в области длин волн 460— 515 нм. Для накачки красителя, испускающего свет в
12
синей области спектра, нужей источник ультрафиолетового излучения.
Ниже приводится таблица красителей, в которой указаны диапазоны длин волн их высвечивания и диапазоны длин воли излучения накачки этой области флуоресценции.
Краситель
Диапазоны
Длина волны
Диапазоны
длин воли вы-
максимума вы-
длин волн
свечивания, HM
свечивания, HM
накачки, нм
Кумарин 2
435—485
450
350—365
Кумарин 1
450—495
470
350—365
Кумарин 102
470—515
495
400—420
Кумарин 30
495—545
515
400—420
Кумарин 7
505—565
535
400—420
Кумарин 6
520-550
538
460—515
Родамин 110 (P110)
540—600
570
460—515
Родамин 6Ж (Р6Ж)
570—650
590
460—515
Родамин Б (РБ)
600—675
630
460—515
Родамин 101
с добавкой
620—690
645
460—515
Оксазин 1—4
695—800
750
650—670
Для лазеров на красителях требуется небольшой объем активной среды (красителя), поскольку они обладают исключительно высоким коэффициентом усиления малого сигнала. Однако при поглощении интенсивного излучения лазера накачки (до 10 Вт) краситель нагревается и его характеристики изменяются. Во избежание этого раствор красителя помещают либо в сменяемые кюветы, либо используют струю раствора вещества, которая свободно вытекает из сопла, образуя ровный ламинарный слой, через который и проходит излучение лазера накачки.
Пучок излучения лазера накачки фокусируется в объем струи красителя, в котором практически полностью поглощается.
В современных лазерах на красителе кольцевого типа оптическая ось резонатора составляет небольшой угол с направлением луча накачки. Оптический резонатор имеет два участка: первый из них состоит из непрозрачного зеркала с 100%-ным отражением и дополнительного зеркала (ось этого участка и наклонена к оси луча лазера накачки); второй участок, составленный дополнительным зеркалом и выходным зеркалом с от-
13
1000
P110 P 6 5К {родамин]
m
800
*-
§
X
I
600
-
І
K \ / / W
CC
/\ V / W
і
400
/ \ л / W
X
\ /V W
/ \ \ 4
200
/ \ \
f
T І \ І І
520
600 680
Рис. 2. Зависимость выходной мощности лазера на красителе от длины волны лазера накачки Мощность накачки 6 Вт, ^ = 514,5 нм
ражением 95—98%, имеет ось, параллельную направлению луча накачки. Кольцевые лазеры на красителях, таким образом, имеют трехзеркальный оптический резонатор большой длины. Это уменьшает частотный интервал между так называемыми продольными модами излучения, увеличивает соответственно числа мод в пределах ширины кривой усиления света и повышает выходную мощность излучения по сравнению с двухзер-кальным резонатором. Кроме того, такая конструкция резонатора дает параллельность выходного излучения с направлением луча лазера накачки, что представляет удобство в экспериментах.
Грубая перестройка частоты выходного излучения в пределах 50 нм осуществляется заменой красителя (рис. 2) (см. таблицу). Плавная перестройка происходит с помощью частотно-селективных элементов, которые размещаются в резонаторе лазера на красителе. Такими элементами могут быть призменные устройства, дифракционная решетка, плоскопараллельные эталоны Фабри—Перо, двоякопреломляющий фильтр, состоящий из нескольких кристаллических кварцевых пластин различной толщины. С помощью пьезоэлектрического датчика можно менять расстояние между пластинами одно-
14
го из эталонов Фабри—Перо, изменяя частоту выходного излучения до 100 ГГц.
Ниже приводятся параметры типичного лазера на красителях непрерывного действия с накачкой от аргонового лазера, применяемого в современных опытах по ядерно-лазерной спектроскопии. Выходная мощность 1 Вт
Диапазон плавной пере-
тивной стабилизации) 1 МГц (с блоком)
