ГЕНЕРАЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ И РЕСУРС РАБОТЫ ПОЛИМЕРНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АКТИВИРОВАННЫХ КРАСИТЕЛЯМИ ДЛЯ КРАСНОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА

Шапошников Александр Алексеевич

Научные руководители: Копылова Татьяна Николаевна, проф., д.ф-м.н., зав. лаб. лазерной физики СФТИ. Суханов Виктор Борисович, ст.н.с. лаб. квантовой электроники ИОА СО РАН

Томский государственный университет, г.Томск, Россия

Лазеры на растворах органических соединений (лазеры на красителях) – уникальный тип лазеров, позволяющий получить узкополосное, когерентное излучение, перестраиваемое в широкой области спектра. В последние годы возрос интерес к получению активных сред на красителях в полимерной матрице, поскольку краситель в этом случае обладает рядом преимуществ по сравнению с растворами органических соединений, такими как: механическая прочность, возможность функционирования в невесомости, технологическая простота конструкции, отсутствие токсичных пожароопасных растворителей, сложных систем прокачки раствора. Однако фотохимическая и лучевая стойкость полимеров, как правило, недостаточна для их практического применения в лазерной физике. За последнее десятилетие проводились работы по увеличению фотостойкости таких активных сред до уровня жидкостных аналогов, увеличению эффективности преобразования излучения накачки.

Для постановки эксперимента в качестве лазера накачки был выбран лазер на парах меди (l 1=510,6 нм, l 2=578,2 нм, t имп=35 нс, Рген=2 Вт, частота повторения импульсов – 10 кГц). В качестве объектов исследования были выбраны молекулы феналемина-512, родамина-101, П-220 в модифицированном полиметилметакрилате. На рис. 1. приведена схема экспериментальной установки для исследования генерационных характеристик и ресурса работы полимерных лазерных элементов активированных красителем (ПЛЭК).

Рисунок 1. Схема экспериментальной установки. 1 – ГРТ лазера на парах меди, 2 – неустойчивый резонатор, 3 – отклоняющая пластина, 4 – ИМО–2Н, 5 – цилиндрическая линза, 6 – вращающийся столик, 7 – исследуемый образец, 8 – резонатор лазера на красителе, 9 – призма, 10– линза, 11 – ИМО–2Н, 12 – световод, 13 – ЛСИ-01.

В эксперименте применялась поперечная схема накачки красителя. Объект исследования имеет форму шайбы (цилиндра). Он помещался в плоскопараллельный резонатор представляющий собой два зеркала. Резонатор и образец конструктивно закреплялись как единое целое на вращающийся столик. Биения оси вращения столика и неточности геометрии шайбы и её граней приводили к частичной разъюстировке системы и резонатора ПЛЭК и снижению КПД преобразования лазера на красителе. Поэтому исследования генерационных характеристик были направлены в основном на измерения ресурса работы ПЛЭК. Ресурс работы образца – это энергия накачки введённая в единичный объём образца, в результате чего КПД преобразования изменится в установленное число раз (например в 2 раза).

Рабочий объём оценивался по ожогам на фотобумаге пучков накачки и генерации. Размеры ожогов измерялись микроскопом МИР-12.

В процессе облучения образцов наблюдалось понижение эффективности преобразования энергии накачки. Это связано как с процессами фотопревращений молекул красителя, так и с возникновением так называемой тепловой линзы, которая приводит к разъюстировке системы. Все соединения показали высокий ресурс работы: для феналемина-512 - 380 кДж/см3, для родамина-101 – 180 кДж/см3, для П-220 – 330 кДж/см3. Наиболее высокий КПД преобразования получен для родамина-101 (С=2,5 ммоль/л) – 12 %. Для феналемина-512 КПД составил порядка 6 %. Наиболее низкая эффективность преобразования излучения накачки у соединения П-220 – 1,8 %.

В процессе работы было замечено явление самовосстановления КПД преобразования накачки. Если сделать паузу при облучении образца, то после перерыва эффективность генерации возрастёт. Причина этого явления может носить тепловой характер. Однако мы не исключаем того, что причиной восстановления КПД генерации могут служить обратимые фотопроцессы, которые в полимерной матрице более вероятны, чем в жидком растворе красителя, так как краситель в матрице обладает меньшей подвижностью.

Работа поддержана РФФИ (проект № 98-03-32082а).

e-mail: asf@asf.e-burg.ru