Квантовая и оптическая электроника

Оптические квантовые усилители (ОКУ) предназначаются для усиления сигналов лазерного излучения, увеличения избирательности приемных устройств и их чувствительности за счет уменьшения коэффициента шума и подавления посторонних сигналов.

Оптические квантовые усилители могут быть сконструированы или в виде усилителя бегущей волны, или в виде усилителя с объемным резонатором. Оптический квантовый усилитель с объемным резонатором подобен по своей конструкции генератору на лазере, но в ОКУ величина обратной связи меньше. Оптический квантовый усилитель бегущей волны конструктивно подобен генератору на лазере с рубиновым стержнем с той лишь разницей, что концы рубинового стержня у ОКУ не посеребрены.

В настоящее время достаточно широко изучается возможность использования жидкостей в качестве активной среды для лазеров. Так, например, рассматривается возможность создания лазера на жидком водороде. В этом приборе молекулы водорода разделяются на орто- и пара-молекулы. Излучение наблюдается на волне, примерно равной 85 мкм, и происходит во время возвращения молекул из орто-состояния в нормальное для них пара-состояние. Исследуется также возможность создания жидкостного лазера, активная среда которого содержит примеси редкоземельных элементов.

Кроме того, имеется целый ряд лазеров, в качестве активных сред в которых используются бензоилацетонат с примесью европия, органические и другие жидкости. Лазерные генераторы на жидкостях имеют существенные преимущества: они сравнительно дешевы в изготовлении, могут излучать большие мощности, легко состыковываются с резонаторными системами.

Использование в качестве активной среды жидкостей позволяет обеспечить эффективное охлаждение лазеров. Вводя примеси различного состава, можно легко осуществлять частотную перестройку лазера.

Индуцированное излучение можно также получить с помощью пластмассовых лазеров. Так, если использовать для пассивной среды полиметилметакрилат, а в качестве активных элементов — клешневидные молекулы трехфтористого теноила-цетоната, содержащие отдельные атомы трехвалентного европия, можно получить индуцированное излучение. В этом случае при изготовлении материала, являющегося активной средой лазера, используется реакция полимеризации.

Скрученное спиралью оптическое волокно из этой пластмассы помещается в сосуд Дьюара, наполненный жидким азотом. Такое устройство называют пластмассовым лазером. Накачка лазера осуществляется импульсами ультрафиолетового излучения. Энергия ультрафиолетовых лучей поглощается клешневидными молекулами и передается атомам европия, которые излучают импульсы» видимого света на волне 6130 А. Импульсы излучения отражаются стенками волокна, стимулируя дополнительное излучение других атомов европия. Накопленное излучение выходит из торцов волокна в виде импульсов когерентного света. Диапазон частот, излучаемых лазером этого типа, составляет 15 А.

Пластмассовые лазеры могут иметь различную форму (от плоских листов до катушек), так как пластмассовые волокна способны удерживать световой луч внутри волокон, даже если они сильно изогнуты.

В оптических локационных системах находят применение и газовые лазеры. Механизм возбуждения лазера на смеси гелии — неон основан на взаимодействии атомов этих газов, имеющих близкие энергетические уровни. Возбуждение атомов происходит как за счет соударений их с электронами, так и за счет столкновений между собой. Накачка лазера осуществляется высокочастотным электромагнитным полем или постоянным током. Конструкция лазера на смеси гелий — неон условно показана на рисунке ниже.