спектральные характеристики лазера на красителе с многозеркальным резонатором фабри-перо: методические указания к лабораторной работе

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физический факультет Кафедра общей физики М. Ф. Ступак СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРА НА КРАСИТЕЛЕ С МНОГОЗЕРКАЛЬНЫМ РЕЗОНАТОРОМ ФАБРИ-ПЕРО Описание лабораторной работы 4.3 по физической оптике Новосибирск 2004 www.phys.nsu.ru ГЛАВА 3 СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРА НА КРАСИТЕЛЕ С МНОГОЗЕРКАЛЬНЫМ РЕЗОНАТОРОМ ФАБРИ-ПЕРО Оборудование: источник оптической накачки – азотный импульсно-периодический лазер ЛГИ–21, элементы резонатора лазера на красителе, краситель родамин 6G, спектрограф ДФС–12. www.phys.nsu.ru ЦЕЛЬ РАБОТЫ Ознакомление с принципом работы лазера на красителе, изучение спектрального состава его излучения, определение абсолютного значения максимума линии генерации. §1 КАЧЕСТВЕННОЕ ОПИСАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ КРАСИТЕЛЕЙ И РАБОТЫ ЛАЗЕРА НА КРАСИТЕЛЕ Среди лазеров на конденсированных средах особое место занимают лазеры на красителях, точнее на растворах молекул органических красителей в органических растворителях или воде. Эти лазеры известны с 1966 г. (Сорокин и Ланкардт, США). Лазеры на красителях замечательны прежде всего тем, что, работая в широкой области длин волн от ближнего ИК до ближнего УФ включительно. Они допускают плавную перестройку длины волны генерации в полосе шириной несколько десятков нанометров с www.phys.nsu.ru www.phys.nsu.ru монохроматичностью, достигающей 1 – 1,5 МГц. Лазеры на красителях работают в непрерывном, импульсном и импульснопериодическом режимах, их оптический КПД при лазерной накачке достигает десятков процентов. Свойства лазеров на красителях определяются свойствами их рабочего вещества – органических красителей. Красители – это сложные органические соединения, сильно поглощающие видимый свет. Они обычно состоят из бензольных (C6H6), пиридиновых (C5H5N), азотных (C4H4N2) и других колец. Для иллюстрации на рис. 1. показана структура одной из наиболее известных молекул красителя родамин 6G. Этот краситель используется для возбуждения лазерной генерации в настоящей лабораторной работе. O www.phys.nsu.ru CH3 CH3 Родамин 6G- C28H31O3N2Ce Рис. 1. Структура одной из наиболее известных молекул красителя родамин 6G Можно указать ряд нужных свойств, наличие которых делает лазерные красители в значительной степени подобными друг другу. Во-первых, ширина полос поглощения и излучения составляет около 1000 см-1. В коротковолновой области спектра могут находиться несколько дополнительных полос поглощения. Во-вторых, максимум флуоресценции сдвинут в длинноволновую область спектра, по сравнению с главным максимумом поглощения (Стоксов сдвиг флуоресценции). В–третьих, спектральный контур флуоресценции обычно зеркален спектральному контуру основного поглощения, а время флуоресценции составляет порядка 10-9 с. На рис. 2 приведена схема энергетических уровней молекулы органического красителя. Волнистыми стрелками на рисунке www.phys.nsu.ru 2 www.phys.nsu.ru отмечены безызлучательные процессы, прямыми – радиационные переходы (т.е. переходы с испусканием кванта света). Энергия S2 T2 (триплет) Триплет-триплетное поглощение S1 T1 (триплет) я я на енци ь л ц е с ит ре Дл сфо фо Конфигурационная координата www.phys.nsu.ru S0 Рис. 2. Схема энергетических уровней молекулы органического красителя При комнатн