TEKUĆI LASER

Pored plinova i čvrstih tijela, tekućine posjeduju svojstva koja ih čine pogodnim laserskim materijalima.

S praktičnog aspekta, tekućine pokazuju velike prednosti, jer dozvoljavaju izmjenu koncentracije aktivnih iona, a problemi vezani uz defekte uopće ne postoje. Pored toga, one omogućuju jednostavnije hlađenje negoli čvrsti sistemi; jednostavno cirkulacijom aktivnog medija. Međutim, one imaju malu gustoću i malu koncentraciju aktivnih iona.

Slaba strana tekućeg laserskog medija je njegov veliki koeficijent termičke ekspanzije i promjena indeksa loma u vezi s njim. Termičke promjene i strujanje tekućine izazivaju nehomogenosti u indeksu loma i smanjuju kvalitetu lasera.

U cilju konstruiranja lasera na tekućem mediju mora se kao osnovno izabrati takav materijal koji pokazuje luminiscenciju u tekućoj fazi. Poznato je da mnoge organske tekućine imaju jaku luminiscenciju, dok je kod anorganskih manje prisutna. U potrazi za tekućim luminiscentnim materijalima možemo rezonirati na sljedeći način: u čvrstim tijelima kristalne ili amorfne strukture aktivni ioni ugrađeni su u rešetku ili staklenu matricu, dok će u tekućini takvu ulogu imati ioni otopljene tvari u otapalu. Vidjeli smo ranije da su u čvrstim tijelima, u najvećem broju slučajeva, aktivni ioni bili ioni rijetkih zemalja (lantanidi) i neki metalni ioni. Osnovni razlog zašto su oni bili pogodni je taj da njihovi elektroni imaju optičke stanja smještena duboko unutar njihova elektronskog oblaka koja su dobro zaštićena od vanjskih utjecaja. Zbog toga je njihova luminiscentna linija veoma oštra. Imajući to u vidu prirodno je pomisliti i na njihovu primjenu u tekućinama. Međutim, kada se takvi ioni kao "slobodni" ioni nađu u tekućini, njihova fluorescentna efikasnost drastično se smanji. Razlog je tome da je agitacija molekula otapala prejaka čak i za unutarnje zaštićene elektrone, a apsorbirana energija troši se radije na disipaciju, negoli na emisiju. Toplinski gubici zato su veoma veliki, pa ih se mora smanjiti da bi se dobila značajnija emisija.

Zaštićivanje unutarnjih elektrona rijetkozemljenih elemenata od termalne agitacije molekula otapala riješeno je na taj način da se ion ugradi u veoma veliku molekulu oblika „kaveza", što predstavlja efikasnu zaštitu, ili pak da se otapalu dodaju neke specijalne strukture. Ova dva rješenja vodila su na različite klase tekućih lasera. (P. Sorokin).

Od velikog broja molekula koje su slične „kavezu", ioni rijetkih zemalja pokazuju  intenzivnu fluorescenciju, samo kada su ugrađeni u helate. Odatle i termin „helatni laseri" (engl. chelate lasers).

S kemijskog aspekta, ion nekog elementa iz grupe rijetkih zemalja u helatima vezan je na veći broj organskih grupa, zvanih ligandi, od kojih su najčešći oblika:

[CH3-CO-CH-CO-C6H5]- i [CF3-CO-CH-CO-—C6H5]-.

Svaki od tih liganada vezan je na spomenuti ion sa dvije CO grupe. (Lempicki).

S fizikalnog aspekta ovakvi sistemi predstavljaju vrlo viskoznu tekućinu, koja je više slična staklu negoli tekućini. Lempicki i Samelson prvi su 1963. god. ostvarili laserski efekt na tekućini, koristeći helatni  spoj  trovalentnog  europija kao aktivni materijal otopljen u organskom otapalu. Kasnije su ispitivani i drugi materijali koji nisu ovog tipa. Sorokin i Lankard dobili su 1966. god. laserski efekt na tekućinama koje su predstavljale otopine organskih boja u alkoholu.