لیزرهای مرکز رنگی فروسرخ قابل تنظیم

اخیراً لیزرهای با طول موج قابل تنظیم فروسرخِ نزدیک بر اساس مراکز رنگی در بلورهای هالید قلیایی، تکامل یافته‌اند و در زمینه‌های پژوهشی نظیر طیف‌نمایی مولکولی و نورشناسی تارها اهمیت روزافزونی کسب کرده‌اند. این لیزرها از لحاظ طرح مشابه با سیستم‌های متداول لیزر با طول موج قابل تنظیم بر اساس رنگ‌های مختلف در محلول‌های آلی هستند. اصولاً، تنها اختلاف آن‌ها در این است که مادۀ فعال به جای محلول رنگیِ در حال شارش، یک بُرۀ بلوری است که به طور زمزاییکی سرد می‌شود. اهمیت این لیزرهای جدید حالت جامد در توانایی آن‌ها برای انجام عملیات لیزری با قابلیت تنظیم وسیع در گسترۀ فروسرخ نزدیک است؛ یعنی در گستره‌ای که عمل لیزرهای رنگی با شکست روبه‌رو می‌شود.
مادۀ فعال لیزرهای مرکز رنگی، بلورهای یونی هستند که نقایص نقطه‌ای (مراکز رنگی) به‌خصوصی را شامل می‌شوند؛ در این نقاط الکترون جای یون خارج شده را اشغال می‌کند (ناسااو ). به این الکترون حالت‌های انرژی وابسته است که در حالت عادی در بلورها به وجود نمی‌آیند. به علت جفت‌شدگی شدید این الکترون به ارتعاش‌های شبکه‌ای، گذارهای اپتیکی بین این ترازها نوارهای طیفی پهنی را تولید می‌کنند که انتقال بسامدی آن‌ها بین نوارهای گسیلی و جذبی قابل ملاحظه است. جذب‌های مرکز رنگی نوعی در گسترۀ مرئی طیف قرار می‌گیرند (که به بلور شفاف معمولی حالت رنگی می‌دهند)، با نوارهای گسیلی پهن در گسترۀ فروسرخ نزدیک (1ـ3 میکرون). دمش‌گذار جذبی به کمک منابع لیزری مناسب، نظیر لیزرهای آرگونی یا کریپتونی، می‌تواند نور لیزری در ناحیۀ فروسرخ با قابلیت تنظیم طول موج در بیش‌تر پهنای طیفی نوار گسیلی آن‌ها تولید کند. این پهنا نوعاً در حدود %15 بسامد مرکزی است.
کلیۀ مراکز رنگی فعال لیزری که تا کنون تکامل یافته‌اند نقایص پیچیده‌ای هستند که در آن از ترکیب مراکز سادۀ F (مراکز رنگی که در آن‌ها الکترون‌ها در جای خالی یون منفی به دام می‌افتند) با سایر نقایص نقطه‌ای استفاده شده است. اولین گروه (فریتز و دیگر 1965، مولنار ودیگر1974، بیگانگ و دیگر 1977) از این لیزرها بر اساس پیوند مرکز F با نقایص 〖Li〗^+ یا 〖Na〗^+ تکامل پیدا کرد که عمل لیزری پایدار قابل تنظیم را در ناحیۀ 2/2ـ 3/3 میکرون فراهم می‌سازد و اکنون به صورت تجارتی عرضه می‌شود. کوشش‌های زیادی که برای تکامل ردۀ دیگری از نقایص پیچیده (مراکز F_2^+) با گسیل‌های پهن در گسترۀ 0/8ـ 2 میکرون به عمل آمد، منجر به عملیات لیزری موفقیت‌آمیز مختلفی در آزمایشگاه شد (مولناور ، گلرمان و دیگر ). انتظار می‌رود که عمل لیزری قابل تنظیم با گسترۀ وسیعی تا 4μm به زودی مقدور شود (اشنایدر).
اخیراً یک نوع نقص فعال لیزری جدید در بلورهای مختلف هالیدـ قلیایی با ناخالصی 〖Tl〗^+ کشف شده است که شامل پیوند الکترون به مجتمعی از جاهای خالی یون‌ ـ آنیون 〖Tl〗^+ است (گلرمان و دیگر ). این نقایص در غلظت‌های بالا می‌توانند در تعدادی از شبکه‌های میزبان تولید شوند. تا کنون عمل لیزری پایدار با قابلیت تنطیم وسیع با بلورهای KCl و KBr حاصل شده است. طول موج لیزر در گسترۀ 1/4ـ 1/7 میکرون، با استفاده از لیزر YAG: 〖Nd〗^(3+) (که در 1/06μm عمل می‌کند) به عنوان چشمۀ دمش، به طور پیوسته قابل تنظیم است. این مواد جدید بسیار پایدارند و دارای بازدهی تبدیل %20 هستند. سیستم KCl اخیراً در شرایط مد چفتیده با استفاده از دمش هم‌زمان کار کرده است (مولناور و دیگر ). به علت طولانی بودن زمان فروافت فلئورسان مرکز رنگی، نظام تازه‌ای برای چفتاندن مد مشاهده شده است؛ برخلاف لیزرهای رنگی، تپ‌های فوق‌العاده باریک (با پهنای 100 psec) به وسیلۀ دمشی بسیار بالاتر از آستانۀ لیزری به دست آمده است.
انتظار می‌رود که در تحقیقات تارهای نوری، سیستم‌های جدید لیزری که در این‌جا از آن‌ها صحبت شد به طور گسترده مورد استفاده قرار بگیرند، زیرا اکنون می‌توان رفتار انتشار موج را در ناحیۀ طول موجی که اتلاف تاری آن پایین و پاشندگی اپتیکی آن کمینه است، به آسانی مورد مطالعه قرار داد.