80 К.
Накачування електронним пучком може бути поперечної (рис. 3) або поздовжньої (рис. 4). При поперечної накачуванні дві протилежні грані напівпровідникового кристала відполіровані і відіграють роль дзеркал оптичного резонатора. У разі поздовжньої накачування застосовуються зовнішні дзеркала. При поздовжній накачуванні значно поліпшується охолоджування напівпровідника. Приклад такого лазера - лазер на сульфіді кадмію, що генерує випромінювання з довжиною хвилі 0,49 мкм і має ККД близько 25%.
Рис. 3 - Поперечна накачування електронним пучком
Рис. 4 - Поздовжня накачування електронним пучком
Другий тип напівпровідникового лазера - так званий інжекційний лазер. У ньому є pn-перехід (рис. 5), утворений двома виродженими домішковими напівпровідниками, у яких концентрація донорних і акцепторних домішок становить 1018-1019см - 3. Грані, перпендикулярні площини pn-переходу, відполіровані і служать в якості дзеркал оптичного резонатора. На такий лазер подається пряма напруга, під дією якого знижується потенційний бар'єр в pn-переході і відбувається інжекція електронів і дірок. В області переходу починається інтенсивна рекомбінація носіїв заряду, при якій електрони переходять із зони провідності у валентну зону і виникає лазерне випромінювання. Для інжекційних лазерів застосовують головним чином арсенід галію. Випромінювання має довжину хвилі 0,8-0,9 мкм, ККД досить високий - 50-60%.
Рис. 5 - Принцип пристрою інжекційного лазера
підсилювач генератор промінь хвиля
Мініатюрні інжекційні лазери з лінійними розмірами напівпровідників близько 1 мм дають потужність випромінювання в безперервному режимі до 10 мВт, а в імпульсному режимі можуть мати потужність до 100 Вт Отримання великих потужностей вимагає сильного охолодження.
Слід зазначити, що в пристрої лазерів є багато різних особливостей. Оптичний резонатор лише в простому випадку складений з двох плоскопаралельних дзеркал. Застосовуються й більш складні конструкції резонаторів, з іншою формою дзеркал.
До складу багатьох лазерів входять додаткові пристрої для управління випромінюванням, розташовані або всередині резонатора, або поза ним. За допомогою цих пристроїв відхиляється і фокусується лазерний промінь, змінюються різні параметри випромінювання. Довжина хвилі у різних лазерів може становити 0,1-100 мкм. При імпульсному випромінюванні тривалість імпульсів буває в межах від 10-3 до 10-12 с. Імпульси можуть бути поодинокими або слідувати з частотою повторення до декількох гігагерц. Досяжна потужність складає 109 Вт для наносекундних імпульсів і 1 012 Вт для надкоротких пікосекундних імпульсів.
2.5 Лазери на барвниках
Лазери, що використовують як лазерного матеріалу органічні барвники, зазвичай у формі рідкого розчину. Вони принесли революцію в лазерну спектроскопію і стали родоначальником нового типу лазерів c тривалістю імпульсу менш пікосекунди (Лазери надкоротких імпульсів).
В якості накачування сьогодні зазвичай застосовують інший лазер, наприклад Nd: YAG з діодним накачуванням, або Аргоновий лазер. Дуже рідко можна зустріти лазер на барвниках з накачуванням лампою-спалахом. Основна особливість лазерів на барвниках - дуже велика ширина контуру посилення. Нижче наведена таблиця параметрів деяких лазерів на барвниках.
Існує дві можливості використовувати таку велику робочу область лазера:
перебудова довжини хвилі на якій відбувається генерація - gt; лазерна спектроскопія,
генерація відразу в широкому діапазоні - gt; генерація понад коротких імпульсів.
У відповідності з цими двома можливостями розрізняються і конструкції лазерів. Якщо для перебудови довжини хвилі використовується звичайна схема, тільки додаються додаткові блоки для термостабілізації і виділення випромінювання зі строго певною довжиною хвилі (зазвичай призма, дифракційні грати, або більш складні схеми), то для генерації понад коротких імпульсів потрібно вже набагато більш складна установка. Змінюється конструкція кювети з активним середовищем. Через те, що тривалість імпульсу лазера в кінцевому підсумку становить 100? 30 · 10? 15 (світло у вакуумі встигає пройти лише 30? 10мкм за цей час), інверсія населеності повинна бути максимальна, цього можна досягти тільки дуже швидкою прокачуванням розчину барвника. Для того щоб це здійснити застосовують спеціальну конструкцію кювети з вільною струменем барвника (барвник прокачується зі спеціального сопла зі швидкістю порядку 10м/с). Найбільш короткі імпульси виходять при використанні кільцевого резонатора.
2.6 Лазер на вільних ...
