И.Л. Кнунянц - Химическая энциклопедия, том 2 (1110088), страница 363
Текст из файла (страница 363)
Излучение в них генерируется в результате переходов между энергстич. уровнями, как правило, примссных активных ионов (ионы РЗЭ и переходных металлов; чаше всего Кйз') и т. наз. центров окраски (напр,, Р-центры в кристаллах иск-рых фторидов). Среди наиб. известных лазерных кристаллов Х,А1,0,х — Нг( ', ХзА1,О|г— Бгэ ° ХА!Оз Нб~ ° КСк1(%Ол)г )ч)<1~ (лХРл )ч(<1 ВсА1,΄— Сгэ', А)эОз Сг', СдзбегС~азО х — Сгзй Хдз~' Кристаллы Х,А1г΄— Нд' по совокупности экспяуатац.
св-в превосходят др. неодимовыс Л. м, Среди стекол широкое практнч. применение нашли многокомпонентные стекла на силикатной и фосфатной основе, содержащие ионы )чдз'. Концентрация активных ионов в крпсз аллах и стеклах обычно составляет 1 — 2'Ъ по массе, что соответствует наличию 1О'а частиц в 1 см'; в нек-рых матрицах (напр., кристаллы Ыд,/ а, „Р,О,л, неодимовыс 1123 фосфатные стекла) концентрация активных ионов может достигать 10-15лд по массе. т.с, более !Ох' частиц в 1 см', Столь высокая плотность ак~ивных часз нц позволяет получать значит, мощность генерации с единичного объема Л, м. Кристаллы для лазеров выращивают преим. путем направленной кристаллизации из расплавов (напр., по методу Чохральского); стекла варят в керамич.
и платиновых сосудах. Кол-во посторонних примесей в исходных в-вах не должно превышать 10 з — 10 ~'А по массе. На диэлектрич. кристаллах и стеклах созданы лазеры, работающие в разл. режимах и излучающие преим. в диапазоне длин волн 1-3 мкм. Их мощности генерации достигают 1 кВт в непрерывном режиме (кристаллы Хзд) ΄— (Чд"), 10" Вт в импульсном режиме при жительиости импульса 1 нс (стекло с Ндз'); кпд 1-5%. Осн. недостатки этого типа Л.
м. -сложность выращивания кристаллов больших размеров и высокого оптич. качества, низкая теплопроводносгь и невысокие мех. св-ва стекол, что препятствует созданию лазеров на стекле, работающих в непрерывном или периодич. режиме при большой средней мощности накачки. Полупроводниковые кристаллы-активные срелы полупроводниковых лазеров. Излучение в них генерируется в результате переходов между энергетич. уровнями зоны проводимости и валентной зоны. Используют полу.
проводники типа АаВ"', Аа'В", А'"В"'. Активные элементы изготовляют из монокристаллов (напр., Сдб, Падь 1пАц РЬБ), содержащих в своем объеме области, для к-рых характерен электронно-лырочный переход (р- л-переход), и из кристаллич. гетероструктур, образованных чередованием кристаллич. слоев, различающихся по хим. составу, но имеющих одинаковый период кристаллич.
решетки. Наиб. распространены гстеростргуктуры, образованные слоями полупроводников типа А"'В на основе арсенидов, фосфидов, антимонидов Па и А) и их твердых р-ров. Гетероструктуры получают также на основе многокомпонентных (тройных и более) твердых р-ров замещения (напр., А1„0а, „Аз), в к-рых при изменении состава в широких пределах йериод решетки не меняется.
Полупроводниковые моиокристаллы получают из особо чистых исходных в-в кристаллизацией из расплавов (метал Чохральского, горизонтально направленная или зонная кристаллизация в контейнере, бестигельная ванная плавка) и эпитаксиальным выращиванием тонких кристаллич. слоев при кристаллизации из газовой фазы или расплавов твердых р-ров. Необходимые характеристики достигаются введением примесей в расплав или методом ионного внедрения примссных атомов.
В качестве позирующих примесей используют, напр., элементы П (л.п, Сб, Мй; акцепторы электронов), 1Х, Ч( (бп, Те, бе, б; доноры) групп. Благодаря разнообразию полупроводниковых кристаллов созданы лазеры, излучающие в диапазоне длин волн 0,3 — 30 мкм, обладающие малой инерционностью ( 1О с) и высоким кпд (до 50лд), работающие как в импульсном, так и в непрерывном режиме (мощности 10' Вт при ллительности импульса 3 нс и 10Вт соответственно).
Лучевая прочность полупроводниковых Л. м, ограничивает выходную мощность лазеров. Газы используются как активные срелы разл, газовых лазеров. Активными частицами в них м. б. нейтральные атомы (Не, Сц, 1), устойчивые молекулы (СО„СО, Ни НР), эксимерные молекулы (Аг, Кг,, АгГ, Кгб), ионы инертных газов (Аг", Агз', Кгз', Кг", )((е", (че '), пары металлов (Сп', Сг(з Р). Малая плотность газов ограничивае~ плотность активных частиц величиной 10" — 10м см з, в связи с чем энсргосъем с единичного объема газовой активной среды невелик. В одних случаях активной средой являются исходные газы или газовые смеси (напр., ССч смесь Не-)ч)е, в к-рой активными частицами служат атомы )Че, смеси СО, с )ч', и парами Н,О или Не, в к-рых активные частицы-молекулы СОэ), в других-приготовление активной среды происходит в йроцессе работы лазера, напр.
при ионнзации нейтральных атомов инертных газов (лазеры иа ионизир. газах), обраН24 зовании возбужденных атомов, радикалов и молекул в резулътате инициир. хим, р-ций (даугры химические), образовании экснмерных молекул (эксимерные лазеры), испарении металлов (лазеры на парах металлов). Вследствие разнообразия активных газовых сред созданы лазеры, перекрывающие диапазон длин волн от вакуумной УФ области до субмнллиметровых. Мощности генерации составляют 105 Вт в непрерывном режиме (газодииамич. СОРлазер) и 1О" Вт в импульсном режиме при длительности импульса 20 нс (хим. НР.лазер).
Лазеры на нейтральных атомах, ионизованных газах и парах металлов имеют кпд 0,1%, кпд газодинамич. лазеров 1%, кпд мол. лазеров может достигать 25%. Благодаря большой однородности активных газовых сред расходимость лазерного излучения очень яезначительна и близка к дифракц. пределу. Неорг. жидкости и р-ры красителей-активные среды жидкостных лазеров.
Наиб, часто применяют активные неорг. Жидкости на основе РОС) -БпС), БеОС12 и БОС12 с примесью ионов )ч)((~'. Генерационнймн переходами в них являются переходы между уровнями энергии ионов 1)т)а' (10'о частиц в 1 см') и молекулами краситедей. В лазерах на РОС!,— БПС14 (или ЕгС14)-)ч(й" постигнута импульсная мощность генсрапии 10'о Вт при длительности импульса 20 нс, кпд — песк. %. В лазерах на красителях применяют ксантеновые, мети- новые, оксазииовые красители, производные оксазола и диавола, кумарины и фталимиды. Р-рители-спирты, глицерин, Н75О„вода и др.
В пределах широких полос излучения красителей возможна плавная перестройка частоты генерации. Лазеры на красителях излучают в диапазоне ллин волн 0,34-1,1 мкм; при лазерной накачке в непрерывном режиме генерации достигнута выходная мощность 20 Вт, в импульсном режиме †! Вт при длительности импульса 10 нс. Потенциальное преимушество жидкостей перел др. Л.м.-сочетание высокой плотности активных частиц и высокой оптич, однородности в больших объемах. Лин С ра чник оиаюрам,подрсд А М Про* р ва.пар свити.т 1 2. М,)978,Б иосси П Г,всб Нтагннаукннтсаинаи,сср Раднпыкпнка,т 14, ч 1, М, 1978, А скосов П Б. Гапоннсв В И.
Жаба инский М Б, Л рюс фасфатныс «гс иа, М, 1989, Фн и а и спсктрос опик патерик« крнставаов, м, 1986, Аннкссв ю г, ж бо инский м Б, кравчсико В Б, ламры на исорганнчм и» дндксссач, м, 1986, Всппст 19 а, тьс рьуыса о! йат (птсгт, Ы У, 1977 ЛАЗЕРЫ ХИМИЧЕСКИЕ, устройс~ва для прямого преобразования энергии хим, р-ции в энергию когерентного электромагн. излучения. Инверсия населенности уровней обусловлена неравноаесным распределением энергии хим. р-цин по степеням свободы молекуд продукта.
Для создания Л. х. используют р-ции, скорость к-рых превышает скорость установления равновесного распрелеления выделяющейся энергии. Как правило, зто р-ции с учао~нем химически активных атомов или радикалов Среди них особое место занимают цепные и разветвленные цепные р-ции, в к-рых химически активные центры (атомы н сноб. радикалы) воспроизводятся (в разветвленных р-пнях — размножаются) в ходе р-ции. Для создания нек-рого начального числа активных центров (инициирования цепной р-ции) необходимо затратить энергию.
Поэтому чем больше длина цепи р-ции, тем большее кол-во хим. энергии переработается в лазерное издучение и тем меньшую роль будут играть затраты энергии на соз,ынпе активных центров. Прн этом решающее значение имеет т. наз. хемолаз ерная длина цепи, определяемая как опюшение скорости продолжения цепи к скорости релаксации возбужденных молекул, используемых для генерации когерснтного излучения (но не к скорости гибели активных центров). Чем больше хемолазерная длина цепи, тем выше эффективность лазера по отношению к затратам энергии на инициирование р-ции. Начальная концентрация активных центров м. б.
создана с помощью нехим, видов энергии либо чисто хим. способом, напр. в результате термодиссоциации молекул газовой смеси, нагреваемой до высокой т-ры за счет энергии проте- 1125 ЛАЗЕРЫ 567 дающей в ией хнм. р-ции, или путем использования разветвленной цепной р-ции. На нехим.
инициировании основана работа мощных Л. х. импульсного действия, в к-рых используют заранее приготовленную смесь газов при достаточно высоком давлении (напр., атмосферном), Такая смесь содержит значит. запас энергии, но химически стабильна. Из смесителя 1 (рнс. 1) рабочая смесь поступает в Нт Рт От Не Оспа м дт Рнс 1 Сыма фтор-водо)юдного лазера с вским нннпинроваиисм (-смсснтсва, 2 активна тана (рсмтор), 3 окна дав выкода иыуч вив, 4 н 5 — варка.ы (нспротрачипс н частвчна отраыаююсс), 6-ннипннруююнй агент (2 (УФ нтауганнс аи учок тисктроиов) Укаэ ны оспоаныс прапсссы а рсакторс, а ныи ю набор вкиючаст дсоатки происссов, в т ч рсиаксапию и гнбсаь актнвнык нси ро реактор 2, где под действием УФ облучения или пучка электронов (инициирующий агент) инициируется быстрая молекулярно-радикальная р-ция, высвобождаюшая запасенную в смеси энергию в виде короткого импульса когерентного излучения, При одной и той жс степени инициирования чем больше хемолазерная длина цепи р-ции, тем выше энергия лазерного импульса.
Наиб. употрсбительны смеси, содержащие молекулярные фтор и водород (дейтерий), стабилизированные кислородом. Эти смеси обладаю~ наиб хемолазерной цепью. Генерирующими молекулами в них являются колебательно возбужденные НР» (ОРв). На рис. 2 представлена схема Л. х. с чисто химическим способом инициирования, рабо~ающего на основе неценной р Нр с- Р'тН7 НР' Н' са Не- Нр'+пну Нр т ( и 41) дч 2 Рис 2 Сиама фгор- одородного .ычср им нннпнировасисм (юрыоп ссо- наннсй), 1 «амсра торин и, 2 сонаав й б.юк. т аг напав тона (рс к ор). 4-аква два вывода итву»сина, 5 и 6 тср аы 1126 5бз ЛАКИ р-ции атомарного фтора с молекулярным водородом (или дсйтерием).
Активные центры. атомы фтора-нарабатываются в ллчсрс старания в рсзулылте теплоной диссоцилции избыточного Рм к-рый одновременно служит'окислителем горючего. В качестве горючего используют в-ва, осн. требование к к-рым состоит в том, чтобы продукты сгорания не тушили возбужденные молекулы. образующиеся в активной зоне и генерирующие лазерное излучение. Из камеры сгорания ! атомарный фтор выпускается через сопловую решетку 2, в к-рой он разгоняется до сверхзвуковых скоростей н разбивается на мелкие струи для эффективного смешения с Н,, к-рый подастся в активную зону лазера.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
