Главная -> Прохождение невидимых тепловых лучей 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 [ 38 ] 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 ветственно равна 920 и 310 МГц. В ближней инфракрасной области спектра среднее значение доплеровской ширины линии принимают равным 300 МГц. Шумовые свойства газовых лазеров исследованы главным образом для гелий-неоновых лезеров. Причиной высокочастотного шума чаще всего являются флуктуации плотности плазмы активной среды. При высокочастотной яакачке этот шум отсутствует, но при возбуждении постоянным током газов не очень низкого давления шум плазмы может привести к амплитудной модуляции излучения с глубиной до 20%. В газовых лазерах, генерирующих одновременно на нескольких модах, низкочастотные флуктуации амплитуды достигают нескольких процентов. Источниками этих флуктуации является изменяющееся во времени взаимодействие между модами. Этот эффект вызывается нелинейностью усиливающей среды, которая приводит к возникновению интерференции между отдельными частотами биений. Низкочастотные шумы могут быть ликвидированы при генерации на одной или двух модах. Характерной особенностью газовых лазеров является возможность генерации на одной частоте со стабильностью, сравнимой со стабильностью генераторов СВЧ. Полупроводниковые лазеры отличаются двумя важными особенностями, заключающимися в непрерывном спектре электронных состояний и в множестве способов достижения инверсии населенности уровней (накачка электронным пучком, оптическая накачка, инжекция и др.). Наиболее распространены полупроводниковые лазеры с накачкой ин-жекцией. Достоинствами инжекционных лазеров на р-н-переходах являются компактность и простота; для их работы требуются низковольтные источники постоянного тока. Излучение инжекционных лазеров легко модулируется простой модуляцией тока. Основным недостатком этих лазеров является необходимость охлаждения. Полупроводниковые лазеры позволяют получить когерентное излучение в широком интервале длин волн 0,63 ... 5,7 мкм. Длина волны излучения определяется, главным образом, химическим составом активного вещества. Из всех инжекционных лазеров наиболее изучен лазер на арсениде галлия (GaAs), излучающий на волне 0,845 мкм при температуре 77 К. Практическое значение имеет также генерация на следующих длинах волн: 0,907 мкм (GaAs при комнатной температуре); 3,1 мкм (InAs при 77 К); 0,907 мкм <1пР при 77 К); 0,71 мкм (GaP при 77 К); 2,07 и 1,07 мкм (GaAs - InAs при 1,9 К) и 5,7 мкм (InSb при 1,7 К). При температуре 77 К в непрерывном режиме работает только лазер на арсепиде галлия. При комнатной температуре работа лазера на GaAs возможна лишь импульсами длительностью несколько сот наносекунд и менее. Надежные данные о ширине линий излучения для лазеров на арсениде галлия не получены. Во всех случаях, о которых сообщается в литературе, ограничивающим фактором была разрешающая способность спектрометра. Измерения, проведенные с наивысшим разрешеним, и теоретические соображения показывают, что можно получить линии шириной в несколько килогерц для уровней, значительно превышающих пороговый уровень. Ширина полосы когерентного излучения 6л звисит от порогового тока пор и тока через диод и пропорциональна величине [(/ ~ /nop)/iiopl . где т -дробная величина, принимающая значения 0,26 ... 0,38. Эта пропорциональность соблюдается в интервале изменения тока примерно до трехкратного превышения порогового значения. Выходная мощность инжекционных лазеров зависит от температуры и прямого тока, проходящего через диод. Мощность лазера, работающего в непрерывном режиме при температуре 77 К, составляет 1 ... 3 Вт, а в импульсном режиме 100 ... 200 Вт. Время нарастания фронта в режиме импульсного излучения у лазеров на GaAs составляет несколько наносекунд. В последнее время разработаны мощные импульсные полупроводниковые лазеры, работающие при комнатной температуре и имеющие пиковую мощность до 100 Вт. Питание таких лазеров осуществляется импульсами тока длительностью 50 не и частотой повторения до 10* Гц. Параметры полупроводниковых лазеров
Наиболее низкие пороговые плотности тока при 77 К получены у лазеров на GaAs (600 А/см) и на GaAs-lnAs с малой долей арсенида индия (ОООА/см). Наиболее высокая пороговая плотность тока (не меньше30000 А/см) у лазера на InP-lnAs с примесью 20% InAs. Для других веществ пороговая плотность тока составляет несколько тысяч ампер на 1 см. Коэффициент пропорциональности между коэффициентом усиления и плотностью тока (в линейном приближении) для лазера из GaAs равен 2 ... 3 . 10-а см/А, а для лазера из 1пР 3 . 10-3 см/А. На основании изучения диаграмм направленности когерентного излучения полупроводниковых лазеров установлено, что для каждой серии диодов угловое расхождение в вертикальной плоскости (плоскости р-п перехода) приблизительно постоянно, а в горизонтальной (перпендикулярной р-п переходу) - изменяется от образца к образцу и зависит от величины тока через диод. Угловое расхождение излучения лазера в вертикальной плоскости (на полувысоте) составляет: для активного вещества GaAs-InAs - 0,35 рад, GaAs -0,26 рад, GaP-GaAs - 0,16 рад, InP-InAs - 0,19 ради InP- 0,12 рад. Параметры полупроводниковых лазеров приведены в табл. 3.18. Жидкостные лазеры на органических жидкостях имеют большие потенциальные возможности как источники мощного непрерывного излучения. Так же, как и газовым лазерам, им свойственна пространственная когерентность и направленность генерируемого излучения. В то время как мощные кристаллические и стеклянные лазеры часто оказываются неработоспособными из-за больших внутренних потерь, приводящих к растрескиванию, а иногда и к взрыву активного вещества, жидкостные лазеры допускают непрерывный режим работы, так как выделяющееся тепло легко отводить, применив циркуляцию жидкости. В импульсном, режиме жидкое активное вещество может восстанавливать свои свойства и без циркуляции. При загрязнении или разложении раствор активного вещества можно очищать пропусканием через пузырьковую камеру. Еще одним преимуществом жидкостных лазеров является возможность перестройки частоты и низкая стоимость. Выращивание ионных кристаллов-и изготовление совершенных стеклянных стержней длиной более 30 см свя- занос дорогостоящими и трудоемкими процессами. Приготовление же активной среды для жидкостного лазера в лабораторных условиях занимает несколько минут. В первых жидкостных лазерах (1963) в качестве активного материала использовался раствор органического хелата трехвалентного европия, излучающего в красной области спектра. Редкоземельный хелат представляет собой соединение, образованное ионом металла и двумя отрицательно заряженными или нейтральными группами одинаковых молекул, который окружает редкоземельный ион, образуя клешневидную структуру. Хелатная структура поглощает излучение накачки и передает энергию редкоземельному иоиу, который и участвует в процессе генерации. Вследствие высоких пороговых уровней и малой эффективности лазеры на хелатах большого распространения не получили. В 1966 г. и в последующие годы найдены новые активные вещества, генерирующие в инфракрасной области спектра (раствор хлоралюминиевого фталоцианина в этиловом спирте, раствор неодима в хлорокиси селена и др.). Наряду с этим было достигнуто эффективное сужение спектральной линии генерации, а также плавная перестройка частоты в широком спектральном диапазоне, что значительно повысило значение таких лазеров. Пиковая мощность излучения жидкостных лазеров доведена до 1 МВт при длительности импульса менее микросекунды. Частота следования импульсов составляет один импульс в минуту. Ширина линии генерации лежит в пределах Б ... 20 нм. Таблица 3.19 Органические соединения, используемые в жидкостных лазерах Органические соединения Типовой растворитель Длина волны излучения, мкм при накачке лазером при накачке импульсной Акридон 4-метил-умбеллиферон 7-диэтиламино-4-мети л кумарин Акрифлавин гидрохлорид Флюоресцин Эозин Родамин 6Ж Родамин В Акридин красный Родамин Ж Криптоцианин Хлоралюминиевый фтало-циаиин 3,3-диэтилтиатрикарбоциа-нин иодид (ДТТС) 3,3-диэтилтиатрикарбо-циании бромид 1,1-диэтил-2,2-хинотри-карбоцианин иодид 1,1 -Диэтил-4,4-хинотри- арбоцианин иодид
|
© 2024 Constanta-Kazan.ru
Тел: 8(843)265-47-53, 8(843)265-47-52, Факс: 8(843)211-02-95 |