Лазер на растворах органических соединений

Лазер на растворах органических соединений

Реферат

 

Лазер на растворах органических соединений, содержащий активную среду, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона перестройки частоты генерации от 4150 до 7150 в качестве активных сред применены растворы органических люминофоров - 4,4'-дизамещенных стильбенов общей формулы где X - NO₂, N(CH₃)₂ или Y - NH₂, SO₂CHF₂, в одном из растворителей: этиловом спирте, толуоле, N,N'-диметилформамиде или тетрагидрофуране при концентрациях 10^-3 - 10^-4 моль/л.

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно, к области органических люминофоров, используемых в качестве активных сред для лазеров на растворах органических соединений. Известны жидкостные лазеры на органических люминофорах, которые имеют определенные преимущества по сравнению с обычными газовыми и твердотельными лазерами. Лазеры на органических люминофорах могут быть настроены на излучение широкого диапазона длин волн, так как их флуоресценция также имеет больший диапазон. Большинство красителей, используемых в жидкостных лазерах в настоящее время, дают генерацию в узком диапазоне длин волн, а пороги их генерации сравнительно велики. Для получения генерации в сине-зеленой области спектра, известно использование в качестве активной среды жидкостных лазеров растворов кумаринов, однако, эта активная среда не позволяет перекрыть весь видимый диапазон спектра Известен также лазер на растворах органических красителей, в котором можно получать генерацию с перекрытием значительного участка спектра (5000 - 9000 ) путем использования веществ одного класса Однако диапазон перестройки каждого соединения невелик и перекрытие достигается путем использования большого числа веществ. В то же время не известен класс соединений, в котором бы с помощью небольшого числа веществ получалась эффективная генерация, перекрывающая весь видимый диапазон спектра. Среди люминофоров, применяемых в качестве активной среды в лазерах на растворах органических соединений с перестраиваемой частотой, известны различные 1,2-диарилэтилены с незамещенными арильными радикалами, такими как -пафтил, 4-би фенилил Ar CH CH Ar Недостатком этих соединений является прежде всего то, что они генерируют в узком диапазоне волн. Это не обеспечивает достаточной перестройки по частоте. Известно также применение 4-нитро-4'-диметиламиностильбена в качестве активной среды для лазеров на растворах органических соединений, способного давать генерацию в различных частях спектра при использовании ряда растворителей Однако, эффективная генерация и достаточная перестройка, получаемая на этом соединении, лежит в красной и ближней ИК-областях. Целью предложенного изобретения является расширение диапазона перестройки частоты генерации от 4150 до 7150 . Это достигается тем, что в лазере на растворах органических соединений в качестве активных сред применен раствор органических люминофоров 4,4' - дизамещенных стильбенов общей формулы: Y NH₂SO₂CHF₂ в одном из растворителей: этиловом спирте, толуоле, N,N'- диметилформамиде (ДМФА) или тетрагидрофуране (ТГФ) при концентрациях 10^-3-10^-4 моль/л. Лазер на растворах органических соединений, в котором в качестве активной среды применены предложенные растворы органических люминофоров, может быть перестроен небольшим количеством веществ в широком диапазоне длин волн (4150 7150 ) и иметь диапазон перестройки до 1000 без изменения pH раствора, при этом максимум генерации лежит в пределах 4250 6600 , пороговое значение мощности излучения накачки, даваемое азотным лазером, лежит в пределах от 4 до 20 Квт. Генерационные свойства предложенной активной среды исследовались на установке, состоящей из азотного лазера (источник возбуждения), цилиндрической кварцевой линзы, прямоугольной кварцевой кюветы с раствором испытываемого вещества, дифракционной решетки и диэлектрического зеркала, которые образовали оптический резонатор. Излучение азотного лазера фокусировалось цилиндрической кварцевой линзой на прилегающей к передней грани кюветы слой раствора активного вещества. Концентрация растворов подбиралась таким образом, что сфокусированное в шнур длиною 15 мм и шириною 0,1 мм излучение азотного лазера поглощалось в растворе на пути длиною около 0,1 мм. Результаты оптических исследований приведены в таблице. Пример 1. Раствор 4-диметиламино-4'-дифторсульфонилстильбена (1) в этиловом спирте при концентрации 1,110^-3 моль/л дает центральную длину волны генерации . Диапазон перестройки генерации равен 620 и лежит в пределах от 5450 до 6070 . Пороговое значение плотности энергии импульса излучения накачки, при которой появляется генерация, равно 610^-3 дж/см². Если в качестве растворителя используется ДМФА, то при концентрации 1,710^-3 моль/л 4-диметиламино-4'-дифторметилсульфонилстильбен дает центральную длину волны генерации . Диапазон перестройки генерации равен 750 и лежит в пределах от 5500 до 6250 . Пороговое значение плотности энергии импульса накачки, при которой появляется генерация, равно 5,3310^-3 дж/см². Пример 2. Раствор 4-амино-4'-диметиламиностильбена (II) в толуоле при концентрации 1,3510^-3 моль/л дает центральную длину волны генерации . Диапазон перестройки генерации равен 300 и лежит в пределах от 4150 до 4450 . Пороговое значение плотности энергии импульса накачки равно 4,6610^-3 дж/см². Пример 3. Раствор 4-амино-4'-нитростильбена (III) в ТГФ при концентрации 2,2510^-3 моль/л дает центральную длину волны генерации . Диапазон перестройки генерации равен 1000 A и лежит в пределах от 6150 до 7150 . Пороговое значение плотности энергии импульса накачки равно 810^-3 дж/см². Пример 4. Раствор 4-(5-фенил-оксазолил-2)-4'-дифтометилсульфонил - стильбена /IV/ в этаноле при концентрации 4,510^-4 моль/л дает центральную длину генерации . Диапазон перестройки генерации равен 650 и лежит в пределах от 4500 до 5150 . Если в качестве растворителя используется толуол, то при концентрации 1,1510^-3 моль/л центральная длины волны генерации . Диапазон перестройки генерации равен 500 и лежит в пределах от 4400 до 4900 . Пороговое значение плотности энергии импульса накачки равно 410^-3 дж/см². При использовании в качестве растворителя ДМФА центральная длина волны генерации . Диапазон перестройки генерации равен 1000 и лежит в пределах от 4700 до 5700 . Пороговое значение плотности энергии импульса накачки равно 1,6610^-3 дж/см². В таблице 1 также приведены данные по энергии генерации в относительных единицах для лазера на основе предложенных активных сред. Значение энергии генерации для -метилумбеллиферона, растворенного в щелочном этаноле, измерялось в тех же условиях и было равно 46 относительным единицам. Сравнение энергии предложенных активных сред с энергией генерации b -метилумбеллиферона позволяет сделать вывод о высоких коэффициентах преобразования предложенных активных сред. На фиг. 1 показаны спектры поглощения и люминесценции 4-диметиламино-4'-дифтометилсульфонилстильбена (кривые I) в этиловом спирте и в ДМФА, а также спектры поглощения и люминесценции 4-амино-4'диметиламиностильбена (кривая II) в толуоле. На фиг. 2 показаны спектры поглощения и люминесценции 4-амино-4'-нитростильбена в ТГФ. На фиг. 3 показаны спектры поглощения и люминесценции 4(5-фенил-оксазолил-2)-4'-дифторметилсульфонилстильбена в этиловом спирте, толуоле и ДФМА. Результаты испытаний веществ, заявляемых в качестве активных сред для жидкостных оптических квантовых генераторов, дают возможность квалифицировать их как перспективные соединения для лазерной техники с большими диапазонами перестройки. Большинство известных в настоящее время люминофоров, в том числе взятых в качестве прототипов, используемых для получения генерации в области 4150 - 7150 , дают генерацию только в узком диапазоне перестройки. Из веществ, дающих генерацию в широком диапазоне перестройки, хорошо известен только умбеллиферон, который за счет осуществления протонированных форм в возбужденном состоянии генерирует в сине-зеленой области спектра. Для перекрывания диапазона длин волн генерации в области 4150 7150 использовались красители принципиально различных классов. В то же время с точки зрения промышленного синтеза проще производить вещества одного класса, незначительно отличающиеся между собой, чем вещества принципиально различных классов. Вещества, предложенные в данном изобретении, принадлежат одному классу и перекрывают за счет большой перестройки весь видимый диапазон (4150 - 7150 ). Высокие коэффициенты преобразования позволяют получать значительные мощности излучения, а низкие пороги генерации дают возможность пользоваться маломощным источником накачки.

Формула изобретения

Лазер на растворах органических соединений, содержащий активную среду, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона перестройки частоты генерации от 4150 до 7150 в качестве активных сред применены растворы органических люминофоров 4,4'-дизамещенных стильбенов общей формулы где X NO₂, N(CH₃)₂ или Y NH₂, SO₂CHF₂, в одном из растворителей: этиловом спирте, толуоле, N,N'-диметилформамиде или тетрагидрофуране при концентрациях 10^-3 10^-4 моль/л.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4