Лазер на красителе со светоиндуцированной распределенной обратной связью

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЛАЗЕР НА КРАСИТЕЛЕ СО СВЕТОИНДУЦИРОВАННОЙ 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) Лазер на красителе со светоиндуцированной распределенной обратной связью, содержащий источник излучения накачки, цилиндрическую линзу и призменный светоделитель, связанный напрямую и через оптическую линию задержки соответственно с первым и вторым отражающими зеркалами, связанными с прямоугольной равнобедренной призмой, гипотенузная грань которой находится в контакте с раствором красителя, помещенным в кювету с оптическими окнами, расположенными под углом к поверхности указанной грани, отличающийся тем, что каждое из окон выполнено в виде клина, уголмежду двумя гранями которого, контактирующими соответственно с раствором красителя и наружным воздухом, удовлетворяет выражению(1 ) 17687 1 2013.10.30 где (1) и (2) - показатели преломления материала окон на длинах волн 1 и 2 из рабочего диапазона перестройки длины волны генерации, причем 21, рассчитанных в соот(1) и (2) - показатели преломления раствора красителя на длинах волн 1 и 2- угол между гранью клина, контактирующей с раствором красителя, и нормалью к границе раздела призма-раствори- минимальная и максимальная длины волн из указанного диапазона, при этом на все грани призмы и внешние грани окон кюветы нанесены просветляющие покрытия соответственно на длинах волн накачки и генерации. Изобретение относится к области лазерной физики и может быть использовано при разработке малогабаритных перестраиваемых лазеров на красителях с повышенной стабильностью пространственного положения пучка излучения генерации, предназначенных для применения в биологии, экологии и микроэлектронике. Известен лазер на красителях со светоиндуцированной распределенной обратной связью (далее по тексту - РОС-лазер) 1. В таком лазере пучок излучения накачки с помощью сфероцилиндрического телескопа формируется в виде узкой горизонтальной полоски, затем разделяется светоделителем на два примерно равных по интенсивности пучка, которые с помощью двух зеркал сводятся под определенным угломна поверхности кюветы с раствором красителя. Длина волны генерации г такого РОС-лазера определяется выражениемн г,(1)где- показатель преломления раствора, н - длина волны накачки. Из этого выражения видно, что в таком РОС-лазере при перестройке длины волны генерации ее минимальное значение теоретически равно произведению н (при значении 1), то есть враз больше значения длины волны накачки н. На практике величина н еще больше,так как значения угласущественно меньше 90 и 1. Это ограничивает возможности перестройки длины волны генерации в коротковолновую область спектра при фиксированной длине волны накачки. Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототип) является лазер на красителях со светоиндуцированной распределенной обратной связью, содержащий источник накачки, цилиндрическую линзу, призменный светоделитель пучка накачки, оптическую линию задержки, два отражающих зеркала и прямоугольную равнобедренную призму, гипотенузная грань которой находится в контакте с раствором красителя в кювете с оптическими окнами. Во избежание возбуждения широкополосной генерации за счет отражения от окон последние расположены под углом к поверхности гипотенузной грани 2. Оптические окна кюветы представляют собой плоскопараллельные стеклянные пластинки. Длина волны генерации такого РОС-лазера определяется выражениемн г,(2)пргде пр - показатель преломления материала призмы. Использование призмы для ввода излучения накачки в раствор красителя позволяет максимально близко приблизить минимальную длину волны генерации к значению длины волны накачки. Тем самым расширяется диапазон перестройки длины волны генерации в коротковолновую область спектра при использовании фиксированной длины волны накачки. 2 17687 1 2013.10.30 Недостатком такого лазера является нестабильность пространственного положения пучка излучения генерации при перестройке длины волны в заданном диапазоне. Это затрудняет использование такого РОС-лазера при прецизионных измерениях. Кроме того, в таком лазере энергия излучения накачки не используется в полной мере. Цель изобретения - повышение стабильности пространственного положения пучка излучения лазера при перестройке длины волны в заданном диапазоне и эффективности генерации. Поставленная цель достигается тем, что в лазере на красителях со светоиндуцированной распределенной обратной связью, который содержит источник излучения накачки,цилиндрическую линзу и призменный светоделитель, связанный напрямую и через оптическую линию задержки соответственно с первым и вторым отражающими зеркалами,связанными с прямоугольной равнобедренной призмой, гипотенузная грань которой находится в контакте с раствором красителя, помещенным в кювету с оптическими окнами,расположенными под углом к указанной грани, каждое из окон выполнено в виде клина,уголмежду двумя гранями которого, контактирующими соответственно с раствором красителя и наружным воздухом, удовлетворяют выражению(1 ),(1 )( 2 ) где (1) и (2) - показатели преломления материала окон на длинах волн 1 и 2 из рабочего диапазона перестройки длины волны генерации, причем 21, рассчитанных в сои 2,ответствии с выражениями 13 3 р(1) и р(2) - показатели преломления раствора красителя на длинах волн 1 и 2, - угол между гранью клина, контактирующей с раствором, и нормалью к границе раздела призма-раствор, гдеи- минимальная и максимальная длины волн из указанного диапазона, при этом на все грани призмы и внешние грани окон кюветы нанесены просветляющие покрытия соответственно на длинах волн накачки и генерации перестройки длины волны генерации. Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурами на фиг. 1 показана оптическая схема предлагаемого лазера на фиг. 2 показан ход луча генерации на выходе из клинового окна. Лазер на красителях со светоиндуцированной распределенной обратной связью содержит источник накачки, цилиндрическую линзу 1, призменный светоделитель пучка накачки 2 с 50 -м диэлектрическим отражающим покрытием 3, оптическую линию задержки 4, два отражающих зеркала 5, 6, прямоугольную равнобедренную призму 7, кювету с раствором красителя 8 с оптическими окнами 9 и 10. На катетные и гипотенузную грани призмы наносится просветляющее покрытие на длине волны накачки, а на внешние поверхности окон кюветы наносится просветляющее покрытие на спектральный диапазон генерируемого излучения. Из фиг. 2 видно, что угол падения пучка излучения генерации (обозначается лучом) на границу раздела раствор-окно равен . Угол преломления на границе раздела раствор-окнор ( ) Угол падения луча на границу раздела окно-воздухр ( ) Угол выхода луча из устройства 3 р. В этом случае отношение /р будет монотонно возрастать с увеличением длины волны. Таким образом, в выражении (9) имеется произведение монотонно убывающей велир ( )чины -и монотонно возрастающей величины( ). Величина этого произведения будет зависеть от подбора значения угла . При соответствующем выборе значениявеличинабудет изменяться значительно меньше при изменении длины волны генерации, нежели в случае плоскопараллельного окна, то есть при 0. Значение углаопределяется при допущении равенства углов выхода пучка генерации для двух различных длин волн 1 и 2 заданного диапазона перестройки -, определяемых на основании соотношений (4) и (5), то есть (1)(2) или Принимая во внимание малость угла(7), можно заменить его синус самим углом,выраженным в радианной мере. В этом случае вместо (10) получается следующее равенство из которого и следует выражение (3) для угла клина . Рассмотрим изменение углав предлагаемом устройстве при использовании следующих параметров. Угол 15. Длина волны генерации изменяется в диапазоне от 560 нм до ах 590 нм и, в соответствии с (4) и (5), 1570 нм, а 2580 нм. Материал окон кюветы - стекло К 8, а активная среда - этанольный раствор красителя родамин 6 Ж. Значения показателей преломления стекла К 8 и этанола на любой из длин волн в области прозрачности указанных сред с точностью до пятого знака после запятой рассчитываются с помощью дисперсионного уравнения Зельмейера с соответствующими коэффициентами 3 и для указанных выше длин волн имеют следующие значения 1,36261 (1)1,36226 р(2)1,36192 р(ах)1,36161. С учетом приведенных параметров угол 11,23. На фиг. 3 а, 3 б приведены рассчитанные с помощью выражения (9) зависимости изменения угла выхода луча генерации из устройства-при значениях угла 0 (плоскопараллельное окно) и 11,23 соответственно. Из представленных на фиг. 3 данных видно, что в случае использования плоскопараллельного окна максимальное изменение угласоставляет 1,9410-3, в то время как в случае использования клина с углом 11,23 оно равно 2,9310-5. Таким образом, использование клинового окна позволяет более чем в 60 раз улучшить пространственную стабильность пучка генерации за счет компенсации угловой дисперсии раствора красителя в кювете угловой дисперсией клинового окна кюветы. Использование просветляющих покрытий позволяет избежать потерь на отражение излучения накачки от соответствующих поверхностей. При отсутствии просветляющих покрытий на катетных гранях призмы теряется 8 энергии накачки, а на гипотенузной 17687 1 2013.10.30 грани -7-10 . При отражении излучения генерации от непросветленных граней окон теряется 5 . В результате достигается повышение эффективности генерации. Проведены сравнительные измерения стабильности пространственного положения пучка излучения генерации в предлагаемом РОС-лазере и прототипе, а также эффективность генерации. Использовалась прямоугольная равнобедренная призма из стекла К 8, гипотенузная грань которой находилась в контакте с этанольным раствором красителя родамин 6 Ж в кювете. В предлагаемом устройстве оптические окна кюветы были выполнены в виде клина с углом 11,2. Уголсоставлял 15. На все грани призмы было нанесено просветляющее покрытие на длину волны 531 нм. На внешние поверхности окон кюветы было нанесено просветляющее покрытие на спектральный диапазон от 560 нм до 590 нм. Возбуждение генерации в растворе красителя на основе светоиндуцированной РОС осуществлялось излучением второй гармоники твердотельногомикролазера с диодной накачкой -01-3 с длиной волны 531 нм и длительностью импульсов 0,50,5 нс. Стабильность пространственного положения луча генерации определялась фотоэлектрически методом сканирования по диаметру пятна в дальней зоне с помощью фотодиода ФД 24 К. Результаты измерений показали, что максимальное отклонение пучка излучения генерации при перестройке длины волны генерации от 558 нм до 594 нм в прототипе составляло 2,110-3., а в заявляемом устройстве 6,510-5. Энергия генерации в заявляемом устройстве на 14 превышала энергию генерации прототипа. Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемое устройство позволяет повысить стабильность пространственного положения пучка излучения генерации более чем в 30 раз и энергию генерации на 14 . Источники информации. . - 1971. - . 18. - . 9. - . 395-396. 2. В.М. Катаркевич, А.Н. Рубинов, Т.Ш. Эфендиев. Генерация перестраиваемых ультракоротких импульсов в УФ-области спектра с помощью РОС-лазера на красителях, возбуждаемого 2- лазером // ЖПС. - 1985. - Т. 43. -4. - С. 559-562. 3. База данных показателей преломления //./. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.