9.1.2.  Плавная перестройка длины волны

Как уже отмечалось, для лазеров на органических красителях характерна достаточно ши­рокая линия люминесценции (около 0,1 мкм). Заметим, что такой же порядок может иметь ширина линии люминесценции и в лазе­рах на сжатых газах (в электроионизационных лазерах). В таких лазерах можно   осуществлять плавную   перестройку длины волны генерируемого излучения в пределах диапазона, оп­ределяемого шириной линии люминесценции.

Чтобы реализовать плавную перестройку длины, волны, в ре­зонатор вносят дисперсионную призму или заменяют полностью отражающее зеркало резонатора отражательной дифракционной решеткой. Рассмотрим подробнее вариант с призмой. Предположим, что на призму (рис. 9.1, а) падает направлен­ный луч, в котором представле­ны две длины волны:  и . За призмой находится плоское отра­жающее зеркало 4.  Пройдя сквозь призму, световой луч расщепится на два луча, каж­дому из которых будет соответст­вовать определенная длина волны (ситуация, изображенная на ри­сунке, отвечает случаю, когда ). Изменяя соответствую­щим образом наклон зеркала, можно добиться,  чтобы либо первый, либо второй луч отра­жался от зеркала строго назад и, пройдя сквозь призму (теперь уже в обратном направлении), совмещался с исходным световым лучом. Зеркало ориентировано так, что строго назад отражается луч с длиной волны . Изменив наклон зеркала, можно добиться, чтобы строго назад отражался луч с  (см. штриховое изображе­ние зеркала).

Рис. 9.1. Лазер на красителе с плавно перестраиваемой длиной волны: 1 – кювета

с красителем; 2 – выходное зеркало резонатора;3 – излуче­ние накачки; 4 – поворачива­ющееся зеркало;  5 – призма; 6 – отражательная дифракционная решетка

Предположим теперь, что призма внесена в резонатор лазера и поворачивающееся зеркало используется в качестве полностью отражающего зеркала резонатора (см. рис. 9.1, б). При данной ориентации поворачивающегося зеркала будет, очевидно, гене­рироваться та длина волны, которую имеет луч, отражаемый зер­калом строго назад. Этот луч удерживается внутри резонатора; многократно проходя через активный элемент, он усиливается за счет процессов вынужденного испускания света. Лучи же с дру­гими длинами волн после отражения от зеркала должны были бы тут же покинуть

резонатор; поэтому на остальных длинах волн генерация не развивается. Плавно поворачивая зеркало, можно тем самым плавно изменять длину волны излучения, генерируемо­го лазером.

Разумеется, лишь для простоты говорилось об опреде­ленном значении длины волны. В действительности призма и по­ворачивающееся зеркало обеспечивают всякий раз генерацию не определенной длины волны, а некоторой спектральной линии, ширина которой составляет 10 ^-4 – 10 ^-3 мкм. Это примерно в 100 pas меньше ширины линии люминесценции. Поворачивая зеркало, можно плавно перемещать генерируемую спектральную линию в пределах ширины линии люминесценции.

Вместо призмы и поворачивающегося зеркала можно исполь­зовать отражательную дифракционную решетку (см. рис. 9.1, в). Решетка отражает обратно в резонатор излучение, падающее на нее под углом дифракции (), связанным с длиной волны излуче­ния  зависимостью:

,                                                      (9.1)

где d – период решетки.

При данном значении угла  (при дан­ной ориентации решетки в резонаторе) будет генерироваться из­лучение с длиной волны , определяемой по формуле (9.1) (если, конечно, эта длина волны попадает внутрь линии люминесцен­ции). Поворачивая дифракционную решетку, можно изменять угол  и, тем самым, перестраивать длину волны ген