Тема: Решил собрать ж.л. на родамине

[Gall]

По азотникам: хорошо сделанный азотник длиной 2 метра при фокусировке линзой пробивает воздух и оставляет видимые следы на большинстве материалов. Но не сквозные дырки.

По суперлюминесценции: не надо ее бояться. Ее можно довольно легко избежать либо фокусировкой, либо изменением концентрации красителя. Сделать кювету побольше, и все, накачки для суперлюминесценции уже не хватит. Это все легко считается (см: Звелто, "Принципы лазеров").

Для начала лучше всего ориентироваться на размеры кюветы примерно по сечению луча накачки. Дело в том, что у красителей можно делать генерацию буквально в одной точке микронных размеров, все зависит просто от концентрации. Количество молекул красителя играет роль, а не размеры. В маленьком объеме просто делают концентрацию пропорционально больше, а в большом - разбавляют.

Порог энергии накачки зависит ТОЛЬКО от концентрации и площади сечения кюветы, но НЕ зависит от длины кюветы. Такой вот "парадокс", прямо следующий из того, как вообще происходит усиление.

Средняя мощность будет в районе милливатт. Но сам импульс будет сильный, т.е. лазер вполне может получиться даже 4-го класса.

"Приличный объем": я работал с лазером на красителях с закрытыми кюветами. Размер точно не помню, но на глазок если - 10x10x50 мм. Кювет был набор с разными красителями, и можно было плавно менять длину волны от ультрафиолета до инфракрасного кручением дифракционной решетки и заменой кювет. Лазер, кстати, самодельный был.

А в лазерах с прокачкой красителя кювета, наоборот, обычно малюсенькая. Просто два стеклышка, между которыми течет жидкость.

[ozzy_72]

Это каким интересно красителем ультрафиолет выжимали?

Для начала лучше будет без прокачки. Как я понимаю изменить потом кювету будет не самое сложное если сделано не экономя место.

Где нибудь рассмотрены типовые схемы конструкций и (или) монтажа лабораторных установок?  Это я как конструктор мыслю    Хочу по максимуму всё привязать к стандартным деталям, профилям и прочему. Я работаю конструктором в http://prommontag.com/   поэтому могу применить нерж трубы, стеклянные трубки, пластиковые и в доступе аргонная сварка, полуавтомат и некоторый станочный парк. 

Хочу чтоб по максимуму проработать конструкцию для себя,затем курс лекций детёнышу, а потом чтоб ребёнок сделал сам чертежи по моему описанию и часть сделает сам на станках, часть "на коленке" но что то можно и заказать, если на координатке или шлифовка.  Но я не представляю типовых лабораторных конструкторов для лазеров  и конструкторская мысль буксует, так как мозг подозревает что могу тупо и долго изобретать велосипед.

[ozzy_72]

Да, Звелто изучаю 2008 года издания или посоветуете постарше найти?  Там ещё 1990 есть.

[AlexDark]

Изучайте "приборы для научных исследований", "приборы и технику эксперимента" и аналогичные американские журналы за 70--80-е

[Gall]

Это каким интересно красителем ультрафиолет выжимали?

Чем-то из кумаринов. Ближний, разумеется. Что-то в районе 390.


Что тут за каким номером скрывается, надо смотреть в документации производителя. У меня была где-то подробная PDF-ка какой-то фирмы, где для каждого красителя был спектр поглощения, могу поискать. И там не торговые номера, а нормальные человеческие CAS.

Но я не представляю типовых лабораторных конструкторов для лазеров  и конструкторская мысль буксует, так как мозг подозревает что могу тупо и долго изобретать велосипед.

Тогда начать советую с поиска фотографий. В Sam's Laser FAQ есть кое-что, ну и вообще гуглится. У лазеров на красителях обычно достаточно сложная оптическая схема, но это связано с желанием иметь навороченный луч, а не с тем, что иначе не загенерирует. Они почти всегда перестраиваемые. Проще всего с дифракционной решеткой.

[ozzy_72]

Изучайте "приборы для научных исследований", "приборы и технику эксперимента" и аналогичные американские журналы за 70--80-е

Спасибо.

[ozzy_72]

Тогда начать советую с поиска фотографий. В Sam's Laser FAQ есть кое-что, ну и вообще гуглится. У лазеров на красителях обычно достаточно сложная оптическая схема, но это связано с желанием иметь навороченный луч, а не с тем, что иначе не загенерирует. Они почти всегда перестраиваемые. Проще всего с дифракционной решеткой.

Спасибо, посмотрю. Не пойму спрошу ещё.

[ozzy_72]

В поисках материала наткнулся на "Физика и техника импульсных лазеров на красителях 2005"  монография выложенная кусочками. Я её собрал воедино и выкладываю, надеюсь что кому-то кроме меня  она так-же будет интересна.
 Монография широко обзорная в рамках темы, и в ней затронуты темы с которыми я до того не пересекался.
Например деградация растворов красителей, причины и методы борьбы.
О лазерах на пористом стекле пропитанном раствором красителя так-же не знал.
А в ней об этом  есть.

[Gall]

О, а я ее как раз искал! Спасибо.

[ozzy_72]

Рад что помог. Если что ещё в поиске то сообщай может у меня есть. 
А тут есть раздел "библиотека" ? Потому что если есть то я не нашёл

[Gall]

Нету. Есть местами подборочки, но до сих пор в основном были инструкции к старым советским лазерам, а не книги. Для книг только библиографию писали.

Увы, я не администратор, а администратор тут появляется раз в ... лет.

[acmajor]

Привет всем форумчанам (гуру и не очень)!
Крайне нуждаюсь в советах, желательно с пояснением для бестолковых.
С завидной периодичностью берусь за построение жидкостного лазера и после очередных неудач бросаю. Советчиков в этой области не имею, кроме чтения разных статей и ссылок. Все мои друзья-товарищи имеют как и я только теоретическую базу.
Задача-максимум построить перестраиваемый, непрерывный, узкополосный лазер. Великая моща не нужна. Главное, чтоб можно было проводить разные измерения фотоэлементами. Я думаю при работе на интерферометр будет достаточно до 100 мВт. Одна из подзадач - применение этой активной среды в качестве однопроходного узкополосного усилителя.
Используемые материалы:
1) прямоугольная кювета с окнами (стекло от фотопластинок). На мой взгляд для меня прокачка жидкости не нужна, поскольку получение больших мощностей для меня не актуально.
2) краситель Родамин 6(буквы не помню). В букварях читал, что буква отвечает за максимум длины волны поглощения и излучения, а так-же на КПД. В моем случае это не принципиально, поскольку хотелось получить хоть что-нибудь. Растворитель брал воду (за неимением в продаже этанола. В хим.магазине сообщили, что этанол продают только по лицензиям покупателей). Однако попадались статьи, что возможно применение воды.
3) зеркала использовал обычные (вакуумное напыление Al).
4) в качестве накачки использовал обычные галогенки 2х50 Вт. Был вариант на зеленом лазере (указка).
По моим прикидкам в таком варианте я должен был получить хотя-бы мощность красной указки (до 1 мВт), но увы. Про концентрацию раствора отдельная песня! Что ни автор, то своя версия. При освещении зеленым лазером пробовал менять концентрацию от полностью прозрачного, до того состояния, когда в растворе желто-оранжевый поток сходился в конус. Луч лазера предварительно был расфокусирован до 10 мм. При слабой концентрации зеленый мог несколько раз пройти раствор туда-обратно. При максимальной концентрации зеленый уже не выходил из кюветы, но и генерация тоже не выходила. Такое впечатление - все поглощается красителем.
У кого какие мысли - буду признателен.

[acmajor]

Р.S. Прошу прощения за неполное описание эксперимента в части конуса с зеленым лазером. Перед кюветой ставил дифрешетку 600 штр/мм. Поэтому получал спектральное распределение по фронту кюветы и соответственно максимальная мощность зеленого была в центре, а с уходом длины волны в длинноволновую и коротковолновую части спектра мощность излучения падала (как и положено). Поэтому грубо говоря я наблюдал распределение интенсивности лазера по спектру, но уже в преобразованном виде (желтом).

[Gall]

Все ясно, порог накачки не достигается. Да и не достигнуть его так. Тут сразу несколько проблем.

Во-первых, краситель без прокачки в принципе не может работать в непрерывном режиме. Причина - в паразитном энергетическом уровне, куда попадают электроны после генерации. Он долгоживущий. Молекула красителя, поучаствовав в лазерной генерации, потом некоторое (довольно долгое) время генерировать неспособна. Единственный способ тут чего-то добиться - это очень быстро сменять краситель на свежий. Иначе лазер вообще не выйдет на режим генерации, он в самом начале отравится и все.

Во-вторых, мощность, мощность и еще раз мощность. Еще никому не удавалось накачать красители в непрерывном режиме лампами. Нужен лазер, причем мощный и очень маленьким пятном. Порог накачки пропорционален площади сечения кюветы и не зависит от ее длины (если пренебречь потерями). При очень-очень маленьком сечении 50x50 мкм он уже превышает 1 Вт, и это при монохроматическом излучении на максимуме поглощения. При таком сечении, как у вас, вам потребовались бы киловатты. Рецепт тут такой: свободная струя толщиной 0.1 мм или около того, на нее в микронное пятно фокусируется луч лазера 532 нм (можно 520 нм) мощностью от 2-3 Вт и более. Перетяжка резонатора должна быть в этом же пятне, потребуются линзы или вогнутые зеркала. Синий лазер работать не будет, он не попадает на полосу поглощения. Кювета со стенками работать может, но скорее всего краситель будет пригорать к стеклу, и все испортится через несколько секунд. Краситель не обязан быть жидким, есть конструкции с быстро крутящимся тонким диском из окрашенного пластика.

В импульсном режиме лазер может работать без прокачки красителя и с довольно большой (10x10 мм сечением) кюветой, если не требовать от него слишком частых импульсов. Длительность импульса должна составлять микросекунды и менее. Очень мощной ксеноновой лампой для накачки твердотельных лазеров накачать может быть удастся, но обычно ее импульс слишком длинный. Разрядная лампа на воздухе с малоиндуктивным конденсатором дает больше шансов на успех.

Концентрацию легко посчитать самому, тут все просто. На 1 молекулу красителя нужен 1 фотон накачки. Энергия фотона известна. Отсюда считаем, сколько энергии надо, чтобы возбудить весь краситель => максимальную концентрацию, которую удастся накачать. В реальности накачивать все молекулы необязательно, можно меньше. Сколько именно - зависит от длины кюветы, чем длиннее, тем больше усиление, но и молекул больше. Поэтому требуемая энергия накачки пропорциональна концентрации раствора и сечению кюветы, но не зависит от ее длины. Минимальная концентрация, при которой удастся добиться хоть какой-то генерации, та, при которой усиление превышает потери в зеркалах и стенках кюветы. Если на выходе хочется иметь хотя бы 1 мВт, накачки уже потребуется много.

Точные формулы есть у Звелто, могу их сюда процитировать.

[acmajor]

Громадное спасибо за объяснение причины прокачки красителя. Потому как кроме пригара- других причин не встречал. Коль скоро имеется долгоживущий мешающий уровень, то возникает вопрос с какой скоростью прокачивать краситель, чтоб сохранить непрерывный режим генерации? Где-то я встречал, что для гашения этого уровня применяют гасители (возможно я путаю гасители для газовых например для азотных. После недель чтения статей и форумов - в голове слегка каша.). Насколько я понимаю для гашения  нужен активный элемент (например кислород в спиртах). Если это так, то может быть можно попробовать легкий электролиз растворителя (1-2 вольта), при этом у нас появляются электрически заряженные ионы. Может они смогут помочь обеднению запертых уровней?
На счет концентрации - вопрос конечно интересный. К сожалению взвесить дома 0,5 гр. порошка пока не представляю как? Да и процесс поглощения фотона молекулой- величина вероятностая. Нужно хоть примерно знать эту вероятность. Ссылка на книгу-это хорошо, но найти скачать пока не удалось (сильно не искал, так пору-тройку сайтов). Если возможно процитировать формулы - буду признателен.
На счет накачки - если как Вы пишите "...50х50 мкм нужен 1 вт." (монохром зеленый как я понимаю), то для увеличения площади зависимость прямо пропорциональна?