染料激光器是以某種有機(jī)染料溶解于一定溶劑(甲醇、乙醇、水等)中作為激活介質(zhì)的激光器，適用作激光工作物質(zhì)的有機(jī)染料是包含共軛雙鍵的有機(jī)化合物。

染料激光器的原理

　　染料激光器是一種以染料為工作物質(zhì)，用激光器為泵浦源的激光器。染料激光器輸出激光的波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)。因而人們可以得到所需要波長(zhǎng)的激光。染料激光器具有高的輸出功率和波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)的特點(diǎn)，故此種激光器應(yīng)用范圍較廣。目前使用不同的染料和泵浦源產(chǎn)生的激光波長(zhǎng)已可覆蓋(3200～12850)×10^-10米的區(qū)間。連續(xù)染料激光的線(xiàn)寬已可壓縮到1千赫以下。而脈沖染料激光的脈沖時(shí)間已可壓縮到8×10^-15秒。用于染料激光器的染料是有機(jī)大分子，分子量一般在幾百。

　　染料激光器按泵浦的方式可分為脈沖和連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)兩類(lèi)。對(duì)于脈沖染料激光的形成過(guò)程為：未被泵浦的染料分子處于S0(v=0)能級(jí)。在泵浦光作用下，躍遷到S1(v=1，2，…)而后又很快通過(guò)振轉(zhuǎn)能級(jí)間弛豫而到達(dá)S1(v=0)能級(jí)。因而被激發(fā)的分子都聚集在S1(v=0)能級(jí)上。同時(shí)S0(v>0)上的分子由于同樣的過(guò)程而聚集在S0(v=0)能級(jí)上，而S0(v>0)的各能級(jí)則是空的。這樣，就在S1(v=0)和S0(v>0)各能級(jí)間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，提供了高增益。這就使S1(v=0)和S0(v>0)間的光躍遷可能形成激光振蕩。在激光腔中加入色散元件就可選擇激光波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)激光波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)。由于S1有相當(dāng)?shù)膶挾?，所以激發(fā)譜很寬。當(dāng)用激光來(lái)激發(fā)時(shí)，一種固定波長(zhǎng)的激光也可用以激發(fā)多種染料。但是，染料激光器輸出的激光波長(zhǎng)一定比做為光泵的激光器的波長(zhǎng)更長(zhǎng)。

染料激光器的發(fā)展

　　染料激光器Z吸引人的特性是它的激光波長(zhǎng)在很寬的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。用有機(jī)化合物做激活介質(zhì)的想法差不多是與diyi臺(tái)激光器產(chǎn)生同時(shí)開(kāi)始的。然而，直到1966年美國(guó)BIM公司Soroikn等人才diyi次從有機(jī)化合物中獲得受激發(fā)射。他們用巨脈沖紅寶石激光泵浦溶于乙醇的氯化鋁酞花青有機(jī)物，在0.755微米處獲得相干紅外輻射。

　　1967年美國(guó)聯(lián)合碳化物公司的分公司Soffer等人用衍射光柵代替諧振腔的一個(gè)反射鏡，使激光的線(xiàn)寬從60埃減窄到6埃并在450埃的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，使染料激光器成為可實(shí)際使用的器件。1970年美國(guó)科達(dá)公司PeterSon等人用氫離子激光器泵浦加了退聚合劑的2.5×10^-4克分子若丹明6G的水溶液，首先實(shí)現(xiàn)了染料激光器的連續(xù)工作。1972年在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了兩項(xiàng)突破，即三鏡象散補(bǔ)償?shù)恼鄣焦鈱W(xué)腔和自由流動(dòng)的染料噴流，使染料激光器的可靠性和穩(wěn)定性有了迅速的提高，使其應(yīng)用得到很大發(fā)展。

　　據(jù)報(bào)道，1969年出現(xiàn)氮分子激光泵浦脈沖染料激光器;1971年出現(xiàn)Nd:YAG激光泵浦脈沖染料激光器;1972年出現(xiàn)氫離子激光泵浦連續(xù)染料激光器;1974年出現(xiàn)閃燈泵浦脈沖染料激光器;1976年出現(xiàn)鎖模氫離子激光泵浦脈沖染料激光器;1978年出現(xiàn)氫離子激光泵浦環(huán)形染料激光器;1978年再次出現(xiàn)Nd:YAG泵浦脈沖染料激光器。

　　目前已有350余種染料獲得了激光輸出。染料激光器較之其它激光器，其主要優(yōu)點(diǎn)是輸出波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)，目前可達(dá)到的調(diào)諧范圍為325~950毫微米。若使用非線(xiàn)性倍頻晶體，波長(zhǎng)可延伸到215毫微米。近來(lái)采用混頻技術(shù)，用Nd:YAG泵浦脈沖染料激光器，使波長(zhǎng)延伸到12微米。另一優(yōu)點(diǎn)是譜線(xiàn)寬度很窄，使用光柵調(diào)諧線(xiàn)寬可以壓縮到1埃或0.1埃量級(jí)，腔內(nèi)若再加法一拍標(biāo)準(zhǔn)具可使線(xiàn)寬壓縮到10^-1~10^-3埃量級(jí)，甚至可以獲得單橫模和單縱模激光輸出。除液體染料激光器外，還可將染料溶入塑料做成固溶體染料激光器。

染料激光器的作用

　　染料激光器以連續(xù)或脈沖方式運(yùn)轉(zhuǎn)。脈沖式可調(diào)諧染料激光器的脈寬一般為毫微秒量級(jí)。如果加鎖模系統(tǒng)，脈寬可達(dá)微微秒或亞微微秒量級(jí)，從而獲得高峰值輸出功率，這對(duì)時(shí)間、空間高分辨率的光譜學(xué)是十分有利的。

　　染料激光器是激光光譜學(xué)不可缺少的手段之一。高分辨激光光譜用來(lái)研究物質(zhì)的超精細(xì)結(jié)構(gòu);超短脈沖的時(shí)間、空間高分辨率光譜用來(lái)研究物質(zhì)的瞬態(tài)變化及微觀動(dòng)力學(xué)過(guò)程。在工業(yè)上用激光光譜學(xué)可進(jìn)行微量或超微量的高靈敏度的物質(zhì)分析。此外，染料激光器在同位素分離、光化學(xué)、大氣污染監(jiān)測(cè)等方面也有極為重要的應(yīng)用。