СОСТАВ ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩЕГО ЖИДКОСТНОГО ФИЛЬТРА Российский патент 1996 года по МПК H01S3/00 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в неодимовых лазерах.

Для обеспечения функционирования неодимовых лазеров УФ часть излучения лампы накачки должна полностью поглощаться фильтрующими охлаждающими жидкостями (1), что приводит к неиспользованию в накачке активного элемента излучения лампы, имеющего длину волны короче 400 нм. В случае замены фильтрующей добавки на люминесцирующую фильтрующую добавку, происходит увеличение энергии генерации или снижение пороговой энергии лазера из-за того, что УФ-часть излучения лампы накачки, поглощенная люминесцирующей добавкой, переизлучается в область длин волн, соответствующую полосам поглощения активного элемента (2).

Фильтр, люминесцирующий жидкостный (ФЛЖ), используемый в квантовой электронике, должен обладать рядом специфических свойств, таких, как поглощение УФ-часть излучения лампы накачки (короче 400 нм), люминесценцией в области основных полос поглощения неодимовых сред и высоким квантовым выходом люминесценции, прозрачностью в области основных полос поглощения неодимовых активных сред, высокой фотохимической стойкостью и малым газовыделением под действием излучения лампы накачки, широким диапазоном рабочих температур. Вместе с тем люминесцирующие жидкостные фильтры с высокой эффективностью преобразования излучения недостаточно фотостабильны. В случае жидкостей на основе монометилового эфира диэтиленгликоля приходится считаться с повышенной токсичностью (летательная доза ЛД₅₀ 9 г/кг) и высокой коррозионной активностью по отношению к такому перспективному конструкционному материалу, как алюминий и его сплавы, а также к цинку. Высокая токсичность жидкостей затрудняет их эксплуатацию и требует жесткого контроля состава воздуха в рабочей зоне. Невозможность использования алюминия и его сплавов в лазерных системах приводит к увеличению их веса и стоимости.

Целью предлагаемого изобретения является разработка люминесцирующего жидкостного фильтра с низкой токсичностью и малой коррозионной активностью при сохранении светостабильности и эффективности преобразования излучения накачки.

Указанная цель достигается использованием в качестве растворителя алкилсиланов формулы R₂Si(OR')₂,
где R и R' алкильные радикалы с числом углеродных атомов от 1 до 6, а в качестве люминесцирующей добавки 1,8-нафтоилен[1',2']бензимидазола в концентрации от 10^-4 до 10^-3 моль/л.

Выбор люминофора обусловлен тем, что он обладает достаточной растворимостью в указанном классе растворителей, имеет необходимые спектрально-люминесцентные свойства (область поглощения и излучения, квантовый выход люминесценции), а также обладает фотостабильностью к действию УФ-излучения лампы накачки.

Для подтверждения вышеизложенного приведены следующие примеры.

Пример: были изготовлены и испытаны на коррозионную активность, токсичность и фотостабильность образцы люминесцирующего жидкостного фильтра:
1. Раствор 3-метоксибензантрона (С=2•10^-3 моль/л) в монометиловом эфире диэтиленгликоля.

2. Раствор 1,8-нафтоилен[1', 2'] бензимидазола (С=10^-4 моль/л) в диметилдипентасилане (R=CH₃; R'=C₅Н₁₁).

3. Раствор 1,8-нафтоилен[1',2']бензимидазола (С=3•10^-4 моль/л) в диметилдипентоксилане (R=CH₃; R'=C₅H₁₁).

4. Раствор 1,8-нафтоилен[1', 2'] бензимидазола (С=10^-3 моль/л) в диметилдипентоксилане (R=CH₃; R'=C₅H₁₁).

5. Раствор 1,8-нафтоилен[1', 2'] бензимидазола (С=10^-4 моль/л) в диметил-ди-(изо-амилокси)силане (R=CH₃, R'=изо-С₅H₁₁).

6. Раствор 1,8-нафтоилен[1',2']бензимидазола (С=3• 10^-4 моль/л), в диметил-ди-(изо-амилокси)силане (R=CH₃; R'-изо-С₅Н₁₁).

7. Раствор 1,8-нафтоилен[1', 2'] бензимидазола (С=10^-3 моль/л) в диметил-ди-(изо-амилокси)силане (R=CH₃; R'=изо-С₅H₁₁).

8. Раствор 1,8-нафтоилен[1', 2'] бензимидазола (С=10^-4 моль/л) в диметил-ди-(гексилокси)силане (R=CH₃; R'=C₆H₁₃).

9. Раствор 1,8-нафтоилен[1',2']бензимидазола (С=3• 10^-4 моль/л) в диметил-ди-(гексилокси)силане (R=CH₃; R'=C₆H₁₃).

10. Раствор 1,8-нафтоилен[1', 2'] безимидазола (С=10^-3 моль/л) в диметил-ди-(гексилокси)силане (R=CH₃; R'=C₆H₁₃).

Коррозионная активность оценивалась по скорости коррозии образцов материалов при их термостатировании в контакте с люминесцирующим фильтром в течении 400 часов при температуре фильтра 85^oС.

Токсичность люминесцирующего фильтра определялась по методу Кербера.

Работоспособность ФЛЖ проверялась в излучателе лазера, содержащем активный элемент из неодимового стекла ГЛС-1 (⊘7,5•120) и лампу накачки ИСП-600, находившихся в каналах посеребренного моноблочного отражателя, через которые прокачивали ФЛЖ. Испытания проводились в режиме свободной генерации.

Энергия лазера измерялась с помощью прибора ИМО-2. Определялось увеличение энергии излучения лазера (θ), характеризующее эффективность преобразования излучения, в случае замены в системе охлаждения лазера фильтрующей жидкости с l_гр ≈400 нм на ФЛЖ. Ресурс ФЛЖ, характеризующий фотостабильность, оценивался по удельной нагрузке (ω) на ФЛЖ, при которой q=0. Здесь , где n количество вспышек лампы, ω_нак- энергия разряда лампы, V объем жидкости в системе охлаждения лазера.

Результаты испытаний жидкостей приведены в таблице.

Из таблицы видно, что относительное увеличение энергии лазера и ресурс предлагаемого фильтра люминесцирующего жидкостного и прототипа практически совпадают.

Предлагаемый состав позволяет значительно снизить токсичность (увеличить ЛД₅₀ от 9 до 40 г/кг), уменьшить коррозионную активность ФЛЖ (по отношению к алюминию снизить скорость коррозии от 14 до 0,5 мкм/год), а к цинку от 12 до 1 мкм/год) относительно прототипа.

Предложен состав люминесцирующего жидкостного фильтра для неодимомых лазеров, содержащий в качестве растворителя - алкилсиланы формулы R₂Si(OR')₂, где: R, R' - алкильные радикалы с числом углеродных атомов от 1 до 6, а в качестве люминесцирующей добавки - 1,8-нафтоилен[1',2']бензимидазола в концентрации 10^-4-10^-3 моль/л, позволяющий снизить токсичность и коррозионную активность, при сохранении фотостабильности и эффективности преобразования излучения накачки. 1 табл.

Состав люминесцирующего жидкостного фильтра для неодимовых лазеров, содержащий растворитель и люминесцентную добавку, отличающийся тем, что, с целью снижения токсичности и коррозионной активности при сохранении фотостабильности и эффективности преобразования излучения накачки, в его состав введены в качестве растворителя алкилсиланы формулы R₂Si(OR')₂, где R, R' алкильные радикалы с числом углеродных атомов от 1 до 6, а в качестве люминесцирующей добавки 1,8-нафтоилен [1',2'] бензимидазола в концентрации 10^- 4 10^- 3 моль/л.