Глава шестая. МАТЕРИАЛЫ ЖИДКОСТНЫХ ОКГ

6.1. Введение

Сразу же после удачного опыта Меймана в 1960 г., впервые практически осуществившего генерацию вынужденного излучения на рубине, начались поиски различных активных сред. Уже через несколько месяцев Сорокин и Стивенсон сообщили о получении вынужденного излучения на кристаллах флюорита с ураном и самарием Вскоре появились сообщения о получении генерации в газах, полупроводниках, стеклах, пластмассах и, наконец, жидкостях. Отметим, что пластмассы как класс активных сред ОКГ являются переходными от твердых тел к жидкостям. Подобно стеклам они удобны тем, что активному веществу может быть придана любая форма и любые размеры. Однако жидкости имеют наибольшие возможности для получения мощного непрерывного излучения. Существующие в настоящее время типы жидких активных сред ОКГ, на которых получена генерация излучения при комнатной температуре, можно разделить на три группы:

— растворы дикетонатов редкоземельных элементов (европия или тербчя) в органических растворителях;

— растворы флюоресцирующих органических красителей;

— растворы неорганических соединений редкоземельных элементов.

Жидкие активные среды имеют существенные преимущества по сравнению с твердыми прежде всего потому, что можно создать любой объем активной среды, а, как известно, от него зависит энергия излучения. Чем больше объем, тем выше предельный уровень излучаемой энергии. У кристаллов размеры и форма активного вещества ограничены технологическими возможностями. В жидкой активной среде нет никаких ограничений. Длина, диаметр, форма активного вещества могут быть любыми и даже могут изменяться от импульса к импульсу.

Другим важным преимуществом жидкой среды является отсутствие потерь излучения, обусловливаемых неоднородностью и дефектностью структуры активного вещества. Как было показано, к кристаллическим и стеклянным активным средам предъявляются высокие требования, касающиеся совершенства структуры. Структура должна быть идеальной, без каких-либо напряжений, деформаций, оптических и прочих неоднородностей. Любые несовершенства приводят к большим потерям, разогреву и разрушению активного вещества. При использовании жидких активных сред эти затруднения и ограничения отпадают. Проблема отвода тепла легко решается путем применения циркуляции жидкости при непрерывном режиме излучения. В импульсном режиме работы жидкая активная среда может восстанавливать свои свойства и без циркуляции..

Жидкие активные среды обладают постоянными оптическими характеристиками. Коэффициент преломления и другие характеристики жидкости изотропны и постоянны в отличие от твердых тел. Поэтому жидкостным ОКГ, как и газовым, свойственно постоянство высокой пространственной когерентности и направленности излучения.

Если раствор активного вещества загрязняется в процессе работы или разлагается под действием излучения (или стареет, или происходят какие-либо другие необратимые процессы нарушения однородности), то он может быть легко очищен, восстановлен или заменен в процессе циркуляции.

Еще одним преимуществом жидкостных ОКГ по сравнению с твердотельными, является простота и дешевизна их изготовления. Главной причиной, повышающей стоимость кристаллических и стеклянных активных сред, является изготовление совершенных стержней. Выращивание кристаллов и изготовление активных элементов ОКГ связано с трудоемкими и дорогостоящими процессами и оборудованием. Изготовление жидкой активной среды занимает в лабораторных условиях несколько минут.

Кроме того, на жидкой активной среде принципиально возможна непрерывная перестройка излучения в широком диапазоне.