Лазери с органични багрила

Ако повечето от лазерите, които разгледахме, са резултат от силно координирани усилия и изискват развитието на усъвършенствана технология (което обяснява защо всички те се появяват в САЩ), то случаят с органичните багрила (само багрила) може да се разглежда като напълно различен . Първият лазер от този тип се появи случайно благодарение на лазерна техника, наречена Q-комутация, която беше предложена през 1961 г. от Робърт Хелуърт от изследователската лаборатория Хюз. Този метод, както беше отбелязано по-горе, дава възможност за значително увеличаване на импулсната мощност на лазерното лъчение чрез генериране на „гигантски импулси“. Същността на метода е следната. По време на периода на изпомпване, Q-факторът на резонатора се поддържа изкуствено на ниско ниво и не възниква генерация. Липсата на лазерно излъчване дава възможност за получаване на голяма обърната популация (по време на лазерно стимулирано излъчване изчерпва горното лазерно ниво). В момента на достигане на максималната стойност на обратната популация, максималният Q-фактор на резонатора бързо се включва (загубите му рязко намаляват). Условията за генериране се оказват силно преизпълнени. В резултат на това лазерното развитие се развива много бързо и енергията, съхранявана в активната среда, се излъчва под формата на кратък импулс (продължителността му е няколко пъти, когато светлината обикаля разстоянието между огледалата на резонатора). По този начин от рубинен лазер може да се получи единичен импулс с типична продължителност 30 ns и мощност от порядъка на десетки или стотици милиони вата (мегавати).

В началото прилагането на този метод беше много грубо [11]. Вътре в резонатора, т.е. Между огледалата беше поставен бързо въртящ се диск, направен от непрозрачен материал, в който имаше цепка, която отваряше пътя за светлина (за бързо отваряне цепката беше разположена в общия фокус на две лещи, които фокусираха паралелно лъч и отново го превърна в паралелен). Изпомпването със светлината на светкавицата се извършва по време на интервала от време, когато дискът блокира светлината между огледалата. В момента, когато обратната популация беше максимална, цепката отвори пътя за светлината, така че се получи резонатор с минимални загуби. Тази система дава твърде бавно включване на Q фактора и е неудобна за използване. Често се получават не един, а два или три импулса с по-ниска мощност.

Така експертите започнаха да мислят за други методи. Един от тях се оказа саморегулиращ се. Когато светлината удари абсорбиращо вещество (например такова, съставено от молекули), то се абсорбира поради факта, че молекулите, които са в по-ниско енергийно състояние, се възбуждат на по-високо ниво. Ако обаче интензивността на светлината е много висока, повечето от молекулите от долното състояние ще се преместят в горните, а молекулите, останали в долното състояние, ще абсорбират светлината по-слабо. Поглъщащият материал става "просветлен" или, както се казва, "наситен" (ако такъв материал се постави в резонатора, той автоматично ще увеличи своя Q-фактор по време на генерирането).

В IBM Питър Сорокин и Джон Ланкард показват през 1966 г., че органичните багрила, наречени фталоцианини (ванадий фталоцианин), разтворени в определени органични течности (нитробензол), могат да бъдат такива материали по отношение на светлината на рубинов лазер. Фталоцианинът е комплекс от пръстеновидни структури с метален йон в центъра. Те помолиха колегата си Luzzi да синтезира това вещество. Сорокин постави клетка със слой фталоцианинов разтвор директно в рубинената лазерна кухина и я включи. Веднага беше получен единичен мощен импулс с продължителност около 20 ns.