Твердотельный лазер на красителях с распределенной обратной связью

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР НА КРАСИТЕЛЯХ С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Эфендиев Терлан Шаид оглы Катаркевич Василий Михайлович Рубинов Анатолий Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Твердотельный лазер на красителях с распределенной обратной связью, включающий излучатель, представляющий собой призму и композит, находящиеся в оптическом контакте, цилиндрическую линзу, щелевую диафрагму, систему углового отклонения пучков накачки, которая состоит из светоделителя и зеркал, отличающийся тем, что призма в излучателе выполнена из стекла ЛК 6.(56) 1. Эфендиев Т.Ш., Рубинов А.Н. Лазер на красителях с распределенной обратной связью, индуцируемой излучением второй гармоники неодимового лазера // Квантовая электроника. - 1975. - Т. 2. -4. - С. 858-861. 2. Бермас Т.Б., Борткевич А.В., Рубинов А.Н. и др. Оптические и генерационные характеристики микропористого кварцевого стекла с внедренным в него активированным красителем эпоксиполимером // Квантовая электроника. - 1994. - Т. 21. -1. - С. 29-31. Полезная модель относится к лазерам на красителях с распределенной обратной связью. Полезная модель может быть использована в спектроскопии, экологии, биологии,78452011.12.30 медицине и перспективна для использования в оптоэлектронике, микроэлектронике, а также в сенсорных устройствах. Известен лазер на этанольном растворе красителя с распределенной обратной связью 1. Такой лазер представляет собой кювету с этанольным раствором красителя родамин 6 Ж, находящимся в оптическом контакте с катетной гранью прямоугольной призмы из стекла ТФ 5. При интерференции двух сходящихся в растворе красителя лазерных пучков накачки в последнем создается периодическая пространственная амплитудно-фазовая решетка, обеспечивающая обратную связь, необходимую для возникновения процесса генерации. У данного лазера низкая температурная стабильность длины волны генерации. При изменении температуры на 1 сдвиг длины волны генерации составляет 0,18 нм при спектральной ширине генерируемого излучения 0,01-0,03 нм. Это означает, что для стабилизации длины волны генерации этого лазера с точностью до спектральной ширины линии излучения необходимо поддерживать и контролировать температуру раствора красителя с точностью до 0,1. Ближайшим к предлагаемой полезной модели техническим решением является твердотельный лазер на красителях с распределенной обратной связью 2, содержащий треугольную равнобедренную призму из стекла ТФ 5, гипотенузная грань которой находится в оптическом контакте с образцом композита из микропористого кварцевого стекла(МКС) с эпоксиполимером (ЭП), активированным красителем родамин С. Использование в качестве красителя композита из микропористого кварцевого стекла с эпоксиполимером повышает температурную стабильность длины волны генерации примерно в 30 раз по сравнению с этанольным раствором красителя. Задачей полезной модели является повышение температурной стабильности длины волны генерации твердотельного лазера на красителях с распределенной обратной связью. Твердотельный лазер на красителях с распределенной обратной связью, включающий излучатель, представляющий собой призму и композит, находящиеся в оптическом контакте, цилиндрическую линзу, щелевую диафрагму, систему углового отклонения пучков накачки, которая состоит из светоделителя и зеркал. Призма выполнена из стекла ЛК 6. Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами. Фиг. 1 - оптическая схема твердотельного лазера на красителях с распределенной обратной связью. Фиг. 2 - оптическая схема излучателя твердотельного лазера на красителях с распределенной обратной связью. На фиг. 3 приведены интерферограммы спектра генерации твердотельного лазера на красителях с распределенной обратной связью в прототипе (а) и заявляемом лазере (б). Полезная модель включает в себя излучатель 5, представляющий собой призму 7 и композит 6 из микропористого кварцевого стекла с эпоксиполимером, активированным красителем (далее по тексту МКС с ЭП), находящиеся в оптическом контакте, цилиндрическую линзу 1, щелевую диафрагму 2, систему углового отклонения пучков накачки, которая состоит из светоделителя 3 и поворотных зеркал 4. В излучателе твердотельного лазера на красителях с распределенной обратной связью призма 1 выполнена из стекла ЛК 6. В отличие от используемого в прототипе стекла ТФ 5,которое имеет положительное значение температурного коэффициента показателя преломления /, у стекла ЛК 6 температурный коэффициент показателя преломления имеет отрицательное значение (ГОСТ 13659-78). Длина волны генерации г такого лазера определяется формулойк н,гпргде к и пр - показатели преломления композита МКС с ЭП и материала призмы соответственно, н - длина волны излучения накачки,- угол падения пучка накачки на границу раздела призма - композит. 2 78452011.12.30 Температурный коэффициент показателя преломления / образца из МКС с ЭП имеет отрицательное значение 2. Это означает, что при повышении температуры значение показателя преломления к образца композита из МКС с ЭП уменьшается. Из приведенной выше формулы видно, что уменьшение значения показателя преломления к приводит к уменьшению значения длины волны генерации г твердотельного лазера на красителях с распределенной обратной связью. Показатель преломления призмы из стекла ТФ 5 пр с увеличением температуры увеличивается, т.к. его температурный коэффициент / имеет положительное значение ГОСТ 13659-78. Как видно из формулы, в этом случае также имеет место уменьшение значения длины волны генерации г. Таким образом, в случае прототипа с увеличением температуры изменение значения величины как к, так и пр приводит к уменьшению значения длины волны генерации г. По сравнению с прототипом заявляемая модель позволяет уменьшить изменение значения длины волны генерации. В отличие от используемого в прототипе стекла ТФ 5 стекло ЛК 6 имеет отрицательное значение температурного коэффициента показателя преломления / ГОСТ 13659-78. Вследствие этого при повышении температуры показатель преломления пр стекла ЛК 6 уменьшается. Согласно формуле, это приводит к увеличению значения длины волны генерации г. Таким образом, в заявляемой модели уменьшение значения длины волны генерации г, обусловленное уменьшением показателя преломления композита МКС с ЭП при повышении температуры, частично компенсируется увеличением значения величины г,обусловленным уменьшением величины пр стекла ЛК 6. Проведено исследование спектральных характеристик твердотельного лазера на красителях с распределенной обратной связью, в котором в качестве активной среды использовался образец из МКС с ЭП, активированным красителем родамин С. Излучение накачки, сформированное цилиндрической линзой 3 в полоску, разделяется светоделителем 6 на два примерно равных по интенсивности пучка и посредством двух поворотных зеркал 4 направляется на катетные грани призмы 1 излучателя твердотельного лазера на красителях с распределенной обратной связью. Испытав преломление на катетных гранях призмы, пучки накачки падают на границу раздела призма - образец МКС с ЭП под углом, равным 2, друг к другу, создавая в последнем периодическую пространственную амплитудно-фазовую решетку. Значения показателя преломления и температурного коэффициента образца МКС с ЭП составляют 1,48 и /-7,510-6 град-1 2. Призмы ввода излучения накачки были изготовлены из стекол ТФ 5 (1,76, /810-6 град-1) и ЛК 6 (1,47,/-810-7 град-1) ГОСТ 13659-78. Твердотельный образец МКС с ЭП с помощью иммерсионной жидкости ставился на оптический контакт с гипотенузной гранью призмы. Излучатель твердотельного лазера на красителях с распределенной обратной связью помещался в термостатируемый контейнер. Пучки накачки направлялись на боковые грани призмы и интерферировали в слое образца, прилегающем к гипотенузной грани призмы (фиг. 2). Возбуждение генерации на основе распределенной обратной связи в образцах из МКС с ЭП осуществляли излучением 2-й гармоники субнаносекундногомикролазера с диодной накачкой (на фигуре не указан) (длительность импульсов 0,50,5 нс) со спектральной шириной линии 0,5510-3 нм, энергией импульсов 80 мкДж при частоте их следованиядо 500 Гц. Угол падения пучков накачки на боковые грани призмысоставлял 0 (45) при использовании призмы из стекла ТФ 5 и 18 (57010) в случае призмы из стекла ЛК 6. Измеренная длина волны генерации в этих случаях составляла 632,7 и 637,6 нм и соответствовала значениям, определенным из выражения (1). 78452011.12.30 Зарегистрированные интерферограммы спектра генерации твердотельного лазера на красителях с распределенной обратной связью в случае прототипа (а) и заявляемого лазера (б) приведены на фиг. 3. Видно, что замена призмы не влияет на ширину спектра генерируемого излучения, которая составляет 0,008 нм. Стабильность длины волны генерации измерялась при варьировании температуры в пределах от 15 до 30 С. Проведенные измерения показали, что сдвиг длины волны генерации при повышении температуры на 15 и использовании призмы из стекла ТФ 5 составлял 0,09 нм, в то время как при использовании призмы из стекла ЛК 6 сдвиг составлял менее 0,05 нм. Таким образом, использование призмы из стекла ЛК 6 для ввода излучения накачки в твердотельный образец позволяет примерно в 2 раза повысить температурную стабильность длины волны генерации заявляемой модели относительно аналогичной характеристики прототипа. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.