§ 4. СПЕКТРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА НА КРАСИТЕЛЕ

Если зеркала резонатора лазера на красителе не очень селективны, ширина излучаемого спектра составляет от 10 до 150 А в зависимости от типа красителя. Одним из важнейших свойств лазера на красителе является возможность перестройки в пределах нескольких сотен ангстрем.

В § 3 мы уже рассмотрели частотную селекцию с использованием эффекта двойного лучепреломления. Общий метод перестройки основан на введении внутрь оптического резонатора соответствующих селективных (дисперсионных) элементов. Чаще всего для этих целей используют интерферометр Фабри — Перо или отражательную дифракционную решетку, которая заменяет одно из зеркал.

Рис. 15.10. Схема плоской отражательной дифракционной решетки.

Как известно, интенсивность излучения, отраженного от решетки, зависит от угла и длины волны.

Впервые дифракционную решетку для перестройки лазера на красителе применили Соффер и Мак-Фарленд [19]. Пусть расстояние между соседними штрихами решетки равно а (рис. 15.10). Разность оптических путей, соответствующая максимальной интенсивности, равна

За исключением спектра нулевого порядка, для дифрагированных лучей наблюдается пространственная дисперсия. Большой интерес представляет решетка Литтрова со скошенными ступеньками (рис. 15.11).

Рис. 15.11. Ступенчатая дифракционная решетка Литтрова.

Рис. 15.12. Профиль интенсивности излучения, дифрагированного (отраженного) решеткой Литтрова при

При падении света на нее имеем

где число ступенек на единицу длины.

При получаем в первом порядке почти полное отражение света, которое является селективным, т. е. зависит от длины волны к. Угол называемый «углом блеска», определяется формулой

где длина волны блеска. Эффективность отражения света решеткой Литтрова достигает 80—90% (в первом порядке), что показано на рис. 15.12. Таким образом, отражательная дифракционная решетка Литтрова представляет собой прекраснее средство перестройки лазера на красителе. Поэтому в заданном направлении можно получить чрезвычайно селективное отражение. Лазер можно также перестраивать с помощью подходящего фильтра; однако в этом случае ширина спектра излучения не меняется.

Применение Соффером и Мак-Фарлендом дифракционной решетки уменьшило ширину спектра с 60 до 0,6 А. Брэдли с сотрудниками [20] поместили в резонатор лазера два интерферометра Фабри — Перо. Воздушные зазоры между их пластинами составляли 7 мкм в первом интерферометре и 100 мкм во втором. Интерферометры были изготовлены из кварца; контакты между отдельными элементами были выполнены с оптической точностью. Схема интерферометра Брэдли и др. показана на рис. 15.13. На внутренние заштрихованные поверхности нанесены диэлектрические покрытия. Области дисперсии составляли 25,3 А мкм) и 110 А (при мкм) на длине волны ; здесь — ширина зазора. Напомним, что область дисперсии интерферометра означает также разницу между спектральными линиями, которые могут быть

Рис. 15.13. Интерферометр Фабри — Перо конструкции Брэдли и др. [20] с воздушным зазором порядка нескольких микрометров или десятков микрометров.

Служит для монохроматизации излучения лазе-, и а красителе.

разрешены в этом интерферометре:

где — показатель преломления. В рассматриваемом случае . В экспериментах Брэдли и др. интерферометры могли поворачиваться относительно оптической оси лазера, что обеспечивало перестройку длины волны. Использование двух интерферометров позволило получать световые импульсы с энергией и спектральной шириной 0,1 А, Лазер возбуждался только на одной продольной моде. Введение селекции мод несколько снижает энергию импульса, однако позволяет намного уменьшить ширину спектра излучения (на несколько порядков величины).

На рис. 15.4 показана, в частности, зависимость длины волны лазера от добротности резонатора. Следовательно, изменение — это еще один способ перестройки лазера на красителе. В процессе оптической накачки потери энергии в красителе изменяются в результате изменения синглет-синглетного поглощения, а показатель преломления возрастает на коротких волнах. Введя в систему управляющий элемент в виде ячейки Поккельса или Керра, можно включить лазерную генерацию в заданный момент времени в течение цикла оптической накачки. Поскольку длина волны излучения изменяется в процессе оптической накачки, этот способ также пригоден для перестройки лазера на красителе. Перестройка возможна также путем изменения длины кюветы. Подобный эксперимент выполнили Фармер и др. [21]. Они меняли длину кюветы с красителем (см. табл. 15.1) в пределах от 1 до 100 см, при этом длина волны лазера изменялась на 600 А! Наконец, одним из очень часто применяемых способов перестройки является изменение концентрации красителя от 10- до моль, что может вызвать изменение длины волны на 600—700 А.