Лазерный элемент

Лазерный элемент

Реферат

 

Использование: лазерное приборостроение, лазерные устройства для генерирования, усиления, моляции, преобразования частоты. Сущность изобретения: лазерный элемент выполнен из полиуретана с органическим красителем. Полиуретан получен реакцией поликонденсации веществ, содержащих гидроксильные и изоцианатные функциональные группы следующего состава, мас.%: гидроксилсодержащий олигомер 45 - 67; изоцианатсодержащий отвердитель 33 - 55. 1 табл.

Изобретение относится к лазерному приборостроению, а именно к лазерным устройствам для генерирования, усиления, модуляции или преобразования частоты, и может быть использовано для генерации импульсов нано- и пикосекундной длительности и в качестве развязок между каскадами квантовых усилителей. Одной из главных задач квантовой электроники, решение которой необходимо для многоцелевых применений лазеров, является разработка высокоэффективных пассивных лазерных затворов и активных элементов перестраиваемых лазеров на основе органических красителей, имеющих высокие значения таких параметров, как стабильность выходных характеристик в эксплуатации и при хранении. Известен активный лазерный элемент на основе полимерной матрицы-полиметилметакрилата, активированной органическим красителем, основным достоинством которого является простота и удобство в эксплуатации. Такие свойства присущи всем лазерным элементам, выполненным с использованием полимера и красителя. Недостатком указанного аналога является низкая лучевая прочность матрицы и недостаточная стойкость красителя в полимере, отверждаемом методом радикальной полимеризации. Известен активный лазерный элемент на основе 6-аминофеноленона, внедренного в уретанакрилатный полимер на основе ОУА-3001ТХ для генерации излучения в красной области, который получают путем реакции фотополимеризации в блоке. К достоинствам таких элементов следует отнести высокий КПД и большую лучевую прочность. Основной недостаток относительно низкий ресурс работы ввиду наличия в полимерной матрице реакционноспособных радикалов, отрицательно влияющих на стойкость красителя. Известен пассивный лазерный затвор (выбранный за прототип) резонатора лазера, содержащий полимерную матрицу на основе олигоуретанакрилата и диметилакрилаттриэтиленгликоля, и органический краситель. Основными преимуществами затвора является высокая лучевая прочность, возможность использования в лазерах, работающих в частотном режиме. К недостаткам следует отнести недостаточную фотохимическую прочность и эффективность генерации лазера. Одним из существенных недостатков полимерных лазерных элементов, изготавливаемых по аналогам и, в частности, по прототипу, является разложение органического красителя в матрице на этапе приготовления во время хранения и при эксплуатации, что ведет к изменению начальных параметров (а именно к увеличению начального пропускания на рабочей длине лазера), что, в свою очередь, вызывает уменьшение энергии моноимпульса, срывает моноимпульсный режим при пассивной модуляции добротности импульсного лазера. Наработка продуктов деструкции органического красителя приводит к росту поглощения среды в области контура усиления полимерного лазерного элемента, что приводит к снижению КПД лазера на красителях и уменьшению ресурса работы. Одним из возможных каналов деструкции красителя в полимерной матрице является взаимодействие с реакционноспособными радикалами. Разложение органических красителей, вызываемое радикалами, особенно существенно для фототермополимеризующихся композиций, отверждаемых методом радикальной полимеризации. Целью данного изобретения является повышение ресурса работы, увеличение эффективности генерации лазера. Указанная цель достигается тем, что в лазерном элементе, содержащем полимерную матрицу и краситель, согласно предлагаемому изобретению, полимерная матрица выполнена из полиуретана, полученного реакцией поликонденсации веществ, содержащих гидроксильные и изоцианатные функциональные группы следующего состава, мас. Гидроксилсодержа- щий олигомер 45-67 Изоцианатсодержащий отвердитель 33-55 Внедрение органических красителей в исходные компоненты полиуретановой матрицы осуществляется с помощью низкомолекулярного (легколетучего) растворителя, который удаляется выпариванием или вакуумированием. Исходные компоненты смешивают, доводят до гомогенного состояния. Затем смесь размещают между оптическими подложками, где осуществляется реакция поликонденсации. Лазерный элемент представляет собой "триплекс" один полимерный слой, ограниченный двумя оптическими подложками, или "мультиплекс", где полимерных слоев два и больше, а оптических подложек на одну больше, чем полимерных слоев. При выходе за указанные пределы массового содержания компонентов полиуретановой матрицы уменьшается лучевая прочность, понижается адгезия к оптическим подложкам из-за изменения физико-механических свойств матрицы полимер теряет эластоупругие свойства, становится рыхлым. Изобретение иллюстрируется следующими примерами изготовления и результатами испытаний лазерных элементов: П р и м е р 1. Лазерный элемент (пассивный) состоит из 45 мас. гидроксилсодержащего олигомера (сополимера окиси пропилена с тетрагидрофураном), 55 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (полиизоцианата), насыщающегося поглотителя полиметинового красителя N 3274у, внедренного с помощью вспомогательного растворителя хлористого метилена. После проведения реакции поликонденсации указанных компонентов, предварительно размещенных между оптическими подложками, лазерный элемент готов к использованию в лазерах. В данном примере и во всех последующих оптические подложки, между которыми расположены полиуретановые слои, выполнены из стекла К-8. Внедрение органических красителей осуществлялось с помощью легколетучих растворителей хлористого метилена, ацетонитрила и др. Лазерные элементы (пассивные и активные) контролировались по параметру сохранности красителя в полиуретановой матрице, определяемой как выраженное в процентах отношение оптической плотности элемента после отверждения (D_т) к оптической плотности элемента в жидкой фазе (D_ж). Кроме того, лазерные элементы (пассивные) контролировали на эффективность модуляции , определяемую отношением энергии моноимпульса к энергии свободной генерации при постоянной накачке; испытывались в импульсном лазере (резонатор линейный, с длиной L 50 см, на основе алюмоиттриевого граната ГП 6,3х65 мм). Лазерные элементы (активные) испытывались в лазере на красителях, выполненном по схеме с линейным резонатором при квазипродольной накачке. Энергетический КПД лазера на красителях определяли как отношение энергии генерации к энергии когерентной накачки, осуществляемой второй гармоникой (длина волны накачки _н 532) лазера ЛTИПЧ-7 с излучателем ИЗ-25. Энергетический КПД лазера и эффективность модуляции характеризуют эффективность генерации лазера. Ресурс работы (N) лазерного элемента определялся количеством импульсов, при котором КПД лазера (эффективность модуляции) уменьшается в два раза. Энергетические характеристики регистрировались калориметрами ИМО-2Н. Данные испытаний приведены в таблице. П р и м е р 2. Лазерный элемент (пассивный) состоит из 67 мас. гидроксилсодержащего олигомера (сополимера окиси пропилена с тетрагидрофураном), 33 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (полиизоцианата) и красителя N 3274у. П р и м е р 3. Лазерный элемент (пассивный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (сополимера окиси пропилена с тетрагидрофураном), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (полиизоцианата) и красителя N 3274у. П р и м е р 4. Лазерный элемент (пассивный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (полиокситетра- метилена), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (полиизоцианата) и красителя N 3274у. П р и м е р 5. Лазерный элемент (пассивный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (полиоксипропи- ленгликоля), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (аддукта триметилпропана с толуилендиизоцианатом) и красителя N 3274у. П р и м е р 6. Лазерный элемент (пассивный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (олигодиэтиленгли- кольадипината), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (аддукта триметилолпропана с толуилендиизоцианатом) и красителя N 3274у. П р и м е р 7. Лазерный элемент (пассивный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (триметилолпропана), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (макродиизоцианата) и красителя N 3274у. П р и м е р 8. Лазерный элемент (пассивный), изготовленный по прототипу, содержит полиуретанакрилатную матрицу, отверждаемую методом радикальной фотополимеризации, краситель N 3274у. Начальное пропускание полимерных лазерных элементов по примерам 1-8 составляет 60% на длине волны генерации _г1,06 мкм. П р и м е р 9. Лазерный элемент (пассивный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (полиокситетра- метилена), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (полиизоцианата) и красителя 1055 (дитиобензильного комплекса никеля). П р и м е р 10. Лазерный элемент (пассивный) состоит из 45 мас. гидроксилсодержащего олигомера (полиокситетра- метилена), 55 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (полиизоцианата) и красителя 1055. П р и м е р 11. Лазерный элемент (пассивный) состоит из 67 мас. гидроксилсодержащего олигомера (полиокситетра- метилена), 33 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (полиизоцианата) и красителя 1055. П р и м е р 12. Лазерный элемент (пассивный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (сополимера окиси пропилена с тетрагидрофураном), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (полиизоцианата) и красителя 1055. П р и м е р 13. Лазерный элемент (пассивный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (полиоксипропи- ленгликоля), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (аддукта триметилолпропана с толуилендиизоцианатом) и красителя 1055. П р и м е р 14. Лазерный элемент (пассивный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (олигодиэтиленгли- кольадипината), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (аддукта триметилолпропана с толуилендиизоцианатом) и красителя 1055. П р и м е р 15. Лазерный элемент (пассивный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (триметилол- пропана), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (макродиизоцианата) и красителя 1055. П р и м е р 16. Лазерный элемент (пассивный), изготовленный по прототипу, содержит полиуретанакрилатную поли- мерную матрицу, отверждаемую методом радикальной фотополимеризации, краситель 1055. Начальное пропускание лазерных элементов по примерам 9-16 составляет 30% на длине волны генерации _г 1,06 мкм. П р и м е р 17. Лазерный элемент (активный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (полиоксипропи- ленгликоля), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (аддукта триметилолпропана с толуилендиизоцианатом) и красителя родамин 6Ж. П р и м е р 18. Лазерный элемент (активный) состоит из 45 мас. гидроксилсодержащего олигомера (полиоксипропи- ленгликоля), 55 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (аддукта триметилопропана с толуилендиизоцианатом) и красителя родамин 6Ж. П р и м е р 19. Лазерный элемент (активный) состоит из 67 мас. гидроксилсодержащего олигомера (полиоксипропиленгликоля), 33 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (аддукта триметилопропана с толуилендиизоцианатом) и красителя родамин 6Ж. П р и м е р 20. Лазерный элемент (активный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (сополимера окиси пропилена с тетрагидрофураном), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (полиизоцианата) и красителя родамин 6Ж. П р и м е р 21. Лазерный элемент (активный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (полиокситетра- метилена), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (полиизоцианата) и красителя родамин 6Ж. П р и м е р 22. Лазерный элемент (активный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (олигодиэтилен- гликольадипината), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (аддукта триметилолпропана с толуилендиизоцианатом) и красителя родамин 6Ж. П р и м е р 23. Лазерный элемент (активный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (триметилолпропана), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (микродиизоцианата) и красителя родамин 6Ж. П р и м е р 24. Лазерный элемент (активный), изготовленный по прототипу, содержит полиуретанакрилатную полимерную матрицу, отверждаемую методом радикальной фотополимеризации, краситель родамин 6Ж. Оптическая плотность активных полимерных лазерных элементов по примерам 17-24 равна 4 на длине волны лазерной накачки _н 0,532 мкм. П р и м е р 25. Лазерный элемент (активный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (олигодиэтилен- гликольадипината), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (аддукта триметилолпропана с толуилендиизоцианатом) и красителя 6-аминофеналенона. П р и м е р 26. Лазерный элемент (активный) состоит из 45 мас. гидроксилсодержащего олигомера (олигодиэтилен- гликольадипината), 55 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (аддукта триметилолпропана с толуилендиизоцианатом) и красителя 6-аминофеналенона. П р и м е р 27. Лазерный элемент (активный) состоит из 67 мас. гидроксилсодержащего олигомера (олигодиэтилен- гликольадипината), 33 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (аддукта триметилопропана с толуилендиизоцианатом) и красителя 6-аминофеналенона. П р и м е р 28. Лазерный элемент (активный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (сополимера окиси пропилена с тетрагидрофураном), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (полиизоцианата) и красителя 6-аминофеналенона. П р и м е р 29. Лазерный элемент (активный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (полиокситетра- метилена), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (полиизоцианата) и красителя 6-аминофеналенона. П р и м е р 30. Лазерный элемент (активный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (полиоксипропи- ленгликоля), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (аддукта триметилолпропана с толуилендиизоцианатом), красителя 6-аминофеналенона. П р и м е р 31. Лазерный элемент (активный) состоит из 50 мас. гидроксилсодержащего олигомера (триметилолпропана), 50 мас. изоцианатсодержащего отвердителя (макродиизоцианата) и красителя 6-аминофеналенона. П р и м е р 32. Лазерный элемент (активный), изготовленный по прототипу, содержит полиуретанакрилатную матрицу, отверждаемую методом радикальной фотополимеризации, краситель 6-аминофеналенон. Оптическая плотность активных полимерных лазерных элементов по примерам 25-32 равна 6 на длине волны лазерной накачки _н 0,532 мкм. Из представленных в таблице результатов видно, что лазерные элементы, выполненные в соответствии с описанным техническим решением, по сравнению с прототипом повышают эффективность генерации лазера и увеличивают ресурс работы. Использование предлагаемого изобретения позволит увеличить срок службы лазерных устройств без замены соответствующих элементов.

Формула изобретения

ЛАЗЕРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, содержащий полимерную матрицу с внедренным в нее органическим красителем, отличающийся тем, что, с целью повышения ресурса работы, увеличения эффективности генерации лазера, полимерная матрица выполнена из полиуретана, полученного реакцией поликонденсации веществ, содержащих гидроксильные и изоцианатные функциональные группы следующего состава, мас.%: Гидроксилсодержащий олигомер - 45 - 67 Изоцианатсодержащий отвердитель - 33 - 55

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2