ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР НА КРАСИТЕЛЕ Российский патент 2004 года по МПК H01S3/16 

Область техники

Настоящее изобретение относится к лазерной системе на органическом красителе, в которой используется новая твердая периодическая структура с пятью состояниями в качестве основы с распределенной обратной связью.

Уровень техники

В данной заявке делается ссылка на различные публикации и патенты, которые используются для ее идентификации. Описания публикаций и патентов, на которые делаются ссылки в данной заявке, приводятся в настоящем описании в качестве ссылки.

С момента открытия в 1966 году, лазеры на органическом красителе представляют собой наиболее универсальные источники когерентного света. Эти лазеры обеспечивают возможности широкой настройки в спектральном диапазоне от ультрафиолетового (УФ) до близкого инфракрасного (БИК) диапазона, и с ними также применяются гибкие способы накачки. Лазеры на красителе являются в высокой степени эффективными, и они могут работать либо в режиме непрерывной волны (НВ), с шириной линии излучения в диапазоне нескольких килогерц, или в пульсирующем режиме с длительностью порядка нескольких фемтосекунд. Стоимость органического красителя является несущественно малой по сравнению с твердотельными перестраиваемыми лазерами, такими как Ti:сапфировые лазеры. Лазеры на красителях работают с использованием твердых веществ, жидкостей или газов в качестве усилительной среды. Лазеры на жидком красителе являются особенно популярными, поскольку их охлаждение и подпитка свежей рабочей жидкостью выполняются с помощью простой системы циркуляции. Жидкая усилительная среда является самовосстанавливающейся, в отличие от среды, находящейся в твердом состоянии, повреждения которой являются постоянными. Несмотря на эти полезные свойства, лазерам на жидких красителях присущи проблемы, поскольку они имеют тенденцию затрудненного обращения с ними, и со многими красителями и растворителями связана опасность для здоровья и окружающей среды.

В качестве альтернативы проводились интенсивные разработки красителя лазера в твердой матрице. Последние подходы к реализации твердотельных лазеров на красителях включают внедрение красителей для лазеров в полимеры, такие как полиметилметакрилат (ПММА), золь-гель и органически модифицированные силикаты (Ормосилы (ORMOSILs)), которые применяются в качестве основы для усилительной среды. С применением твердой матрицы многие проблемы, связанные с жидкой системой, устраняются. Однако лазеры на красителях в твердом состоянии подвержены фотодеградации красителя лазера, что выражается в коротком сроке их службы. Проблемы фотодеградации можно обойти с помощью передвижения усилительной среды по отношению к лучу накачки. Для настройки длины волны обычно используются рассеивающие элементы, такие как дифракционная решетка, призма или их комбинация с оптическим резонатором. Хотя такая внутрирезонаторная конфигурация позволяет достичь гибкости при настройке, она обычно требует стабильного оптомеханического выравнивания для оптимальной работы системы.

Лазеры на красителях без зеркал с оптической обратной связью, распределенной по усилительной среде, впервые были описаны в 1971 году (С.В.Шанк, Дж.Е.Бьеркхолм и Х.Когельник. "Перестраиваемый лазер на красителе с распределенной обратной связью", Эпплаед Физикс Лэтэрз, 18, 152 (1971 г.)) (С.V.Shank, J.E.Bjorkholm and H.Kogelnik. "Tunable distributed-feedback dye laser", Applied Physics Letters, 18, 152 (1971)). Распределенная обратная связь (РОС) получается с помощью усилительной среды с пространственной модуляцией либо коэффициента преломления, либо с усилением в направлении распространения света через усилительную среду, то есть в плоскости пленки или параллельно ей. Периодические модуляции в усилении и в коэффициенте преломления могут быть получены, например, с использованием двух интерферирующих когерентных лучей лазера накачки на пленке с присадкой в виде красителя, лазерное излучение происходит в плоскости пленки или параллельно к ней, нормально к периодической структуре, и выходная длина волны устанавливается периодичностью. Путем изменения угла между интерферирующими лучами накачки или коэффициента преломления растворителя красителя можно перестраивать лазер на красителе. Лазеры на красителях с распределенной обратной связью (РОС) (DFB), в которых усилительная среда, и резонатор лазера, и элементы настройки длины волны скомбинированы в тонкой пленке, предлагает потенциальные преимущества. Однако фотодеградация остается для них проблемой, поскольку такие лазеры на красителе с РОС трудно выполнимы с движущейся усилительной средой, что делает их непрактичными.

В американском патенте 3 771 065 авторов Голдберг и др. под названием "Перестраиваемый лазер на красителе в виде жидких кристаллов с внутренней обратной связью", поданном 6 ноября 1973 г. (Goldberg et al. "Tunable internal-feedback liquid crystal-dye laser"), и позже в публикациях авторов Ильчишин и др. (И.П.Ильчишин и др. "Определение нарушения структуры холестерического жидкого кристалла с использованием характеристик генерации лазера с распределенной обратной связью на его основе". Молекулярные и жидкие кристаллы. 265, 687 (1995 г.)) (I.P.Il’chishin et al. "Detecting of the structure distortion of cholesteric liquid crystal using the generation characteristics of the distributed feedback laser based on it". Molecular Crystals and Liquid Crystals. 265, 687 (1995)) и авторов И.П.Ильчишин и др. "Генерация перестраиваемого излучения с помощью холестерических жидких кристаллов с примесями" (I.P.Il’chishin et al. "Generation of a tunable radiation by impurity cholesteric liquid crystals." JETP Letters 32, 24 (1980)) были описаны лазеры на красителях с холестерическим жидким кристаллом (ХЖК) (CLC) в качестве основы, которая обеспечивает распределенную обратную связь. Обычно ХЖК с примесью красителя помещается между двумя плоскими стеклянными подложками. ХЖК выравнивается в так называемой плоской текстуре, что приводит к созданию фазовой дифракционной решетки через слой ХЖК. Излучение лазера происходит нормально к плоскости пленки, и выходная длина волны устанавливается в соответствии со спиральной периодичностью основы ХЖК, при этом, посредством изменения температуры основы ХЖК, может быть изменен шаг спирали основы ХЖК, с помощью чего можно настраивать выходную длину волны лазера на красителе. Однако работа этих лазеров на красителях, которые используют ХЖК основу в жидкой форме, подвержена влиянию окружающей среды, например температуре. Кроме того, фотодеградация все еще остается проблемой, поскольку эти РОС лазеры на красителях являются трудными для исполнения с подвижной усилительной средой, что делает их непрактичными для многих случаев применения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения твердотельный лазер на красителе, предназначенный для использования в устройстве твердотельного лазера на красителе, которое имеет устройство накачки, предназначенное для излучения электромагнитного излучения с первой частотой и интенсивностью, включает:

усилительную среду, которая находится, по существу, в твердом состоянии и в которую внесены примеси в виде флуоресцентного красителя, который предназначен для излучения света в заранее заданном диапазоне спектральной настройки, причем усилительная среда предназначена для приема электромагнитного излучения от устройства накачки, при этом усилительная среда стимулируется к излучению из нее лазерного света.

Второй аспект настоящего изобретения, которое представляет собой устройство твердотельного лазера на красителе, включает:

твердотельный лазер на красителе, включающий усилительную среду, которая находится, по существу, в твердом состоянии и имеет примесь в виде флуоресцентного красителя, который предназначен для излучения света в заранее заданном диапазоне спектральной настройки, устройство накачки, предназначенное для излучения электромагнитного излучения с первой частотой и интенсивностью в усилительную среду для стимуляции лазерного излучения из этой усилительной среды;

усилительную среду, предназначенную для передвижения по отношению к устройству накачки.

В третьем аспекте настоящего изобретения твердотельный лазерный краситель, предназначенный для использования в устройстве твердотельного лазера на красителе, имеющем устройство накачки, предназначенное для излучения электромагнитного излучения с первой частотой и интенсивностью, включает:

удлиненную ленту из полимерного материала, имеющую усилительную среду, расположенную в ней, причем эта усилительная среда находится, по существу, в твердом состоянии и в нее внесены примеси в виде флуоресцентного красителя, предназначенного для излучения света в заранее заданном диапазоне спектральной настройки;

усилительная среда включает полимерные холестерические жидкие кристаллы, расположенные в плоской текстуре характеристической длиной волны;

усилительная среда предназначена для передвижения по отношению к устройству накачки.

Вышеприведенные и другие свойства и преимущества настоящего изобретения будут более понятны при рассмотрении нижеследующего подробного описания различных аспектов настоящего изобретения совместно с прилагаемыми чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 схематично изображена система твердотельного лазера на органическом красителе в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.2А приведено схематическое изображение в плане предпочтительного варианта воплощения лазерной системы в соответствии с настоящим изобретением, в котором используется лента, в которую внедрен лазерный краситель.

Фиг.2В представляет схематическое изображение в плане расположения оптических устройств для лазерной системы, изображенной на фиг.2А.

На фиг.2С изображена схема устройства ленты лазерного красителя, изображенной на фиг.2А.

На фиг.3А изображен другой предпочтительный вариант воплощения лазерной системы, в которой используется диск с внедренным лазерным красителем.

На фиг.3В1 приведена иллюстрация предпочтительной схемы диска для лазера на красителе, изображенного на фиг.3А.

На фиг.3В2 изображена другая предпочтительная схема устройства диска для лазера на красителе, изображенного на фиг.3А.

Фиг.4А изображает другой предпочтительный вариант воплощения системы лазера на красителе с использованием карточки, в которую внедрен лазерный краситель.

На фиг.4В изображена предпочтительная схема устройства системы карточки лазера на красителе, изображенной на фиг.4А.

Фиг.5А иллюстрирует предпочтительный вариант воплощения лазера на красителе с распределенной обратной связью в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5В1 изображает взаимосвязь между накачкой и лазером на красителе с распределенной обратной связью, который окружен областью в изотропном состоянии фокально-конической текстуры.

Фиг.5В2 иллюстрирует взаимозависимость между накачкой и лазером на красителе с распределенной обратной связью, который окружен областью плоской текстуры с такой же или отличающейся характеристической длиной волны, как и в области лазера на красителе.

Фиг.5С иллюстрирует взаимозависимость между мощностью накачки и выходной мощностью излучения лазера на красителе.

Фиг.6 поясняет другой предпочтительный вариант воплощения лазера на красителе с распределенной обратной связью в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.7 поясняет еще один предпочтительный вариант воплощения лазера на красителе с распределенной обратной связью в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.8А поясняет упорядочение молекул в плоской текстуре ХЖК в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.8В иллюстрирует вычисленный спектр коэффициента отражения для ХЖК, упорядоченного в плоской текстуре.

Фиг.8С1 схематично иллюстрирует порядок молекул в фокально-конической текстуре ХЖК.

Фиг.8С2 схематично иллюстрирует порядок молекул ХЖК в изотропном состоянии.

Фиг.9 изображает экспериментальное значение коэффициента пропускания и коэффициента отражения пиррометеновой 590-примесной ХЖК пленки для нормально падающего света.

Фиг.10 изображает вид в перспективе альтернативного варианта воплощения настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРИРУЮЩИХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже будут подробно описаны иллюстрирующие варианты воплощения настоящего изобретения со ссылками на фигуры, представленные на прилагаемых чертежах. Для ясности описания одинаковые элементы, изображенные на прилагаемых чертежах, будут обозначены одинаковыми позициями, и одинаковые элементы, показанные в альтернативных вариантах воплощения на чертежах, будут обозначены одинаковыми позициями.

Настоящее изобретение относится к твердотельным лазерам на красителях, в которых используются холестерические жидкие кристаллы (ХЖК) в качестве основы с распределенной обратной связью (РОС). На фиг.1 изображен предпочтительный вариант воплощения системы лазера на красителе в соответствии с настоящим изобретением. Эта система включает следующие компоненты: системный блок 1 управления, источник 2 накачки со связанным с ними оптическим устройством 4, лазер 5 на красителе со связанными с ним средством 9 передвижения, блоком 10 системного контроля и выходным устройством 8 с оптическим устройством 7. Системный блок 1 управления обеспечивает интерфейс для пользователя и управления функционированием системы лазера на красителе, может представлять собой, например, микрокомпьютер, который специально предназначен для этой цели или который может быть частью системы. Источник 2 накачки используется для оптического возбуждения или накачки указанного лазера на красителе. Любой источник, способный излучать электромагнитное излучение (свет) с частотой выше, чем частота излучения лазера на красителе, может использоваться в качестве подходящего источника накачки. Обычно источник накачки представляет собой импульсный лазер с более короткой выходной длиной волны, чем выходная длина волны лазера на красителе, например Nd:YAG лазер (неодим:аллюминиево-итриевый-гранатовый лазер) с накачкой от диодного лазера с умножением частоты. Например, кроме основной частоты (1060 нм) также могут использоваться вторая (530 нм), третья (355 нм) и четвертая (266 нм) гармоники выхода накачки. Выбор зависит от конкретного вида красителя. Другие подходящие лазеры накачки включают азотные, эксимерные лазеры, а также полупроводниковые диодные лазеры. Свет от лампы вспышки с коротким временем нарастания света также пригоден в качестве источника накачки. Продолжительность импульсов света накачки может составлять от нескольких миллисекунд до пикосекунд.

Следует отметить, что импульсная накачка выбрана исходя из того, что при этом снижается нежелательное воздействие триплетно-триплетного поглощения для достижения стимулирования эмиссии. Накачка с непрерывной волной (НВ) (CW) является возможной для лазера на красителе в соответствии с настоящим изобретением, если пленка лазера на красителе будет передвигаться достаточно быстро по отношению к лучу накачки.

Лазер 5 на красителе в соответствии с настоящим изобретением выполнен в виде тонкой пленки, которая имеет толщину от 5 до 100 микрон. Несмотря на то что путь усиления выполнен относительно коротким, оптическое усиление среды красителя является достаточно высоким для обеспечения работы лазера. Лазеры на красителях с длиной усиления от 50 до 125 микрон, накачка которых производится оптическими импульсами длительностью несколько пикосекунд, были продемонстрированы, как описано в статье авторов Б.Фэн и Т.К.Густафсон "Узкополосные импульсы длительностью несколько пикосекунд лазера на красителе с ультракоротким резонатором", Эпплаед Физикс Лэттерз, 28, 202 (1976 г.(В.Fan and Т.К.Gustafson, "Narrow-band picosecond pulses from an ultrashort-cavity dye laser"), которая приводится здесь в качестве ссылки. Пленка 5 лазера на красителе может быть физически выполнена в форме ленты, длина которой гораздо больше, чем ширина, которая аналогична форме обычной аудио- или видеоленты. Она также может иметь форму диска, аналогичную форме дискеты, предназначенной для накопления данных. Кроме того, пленка лазера на красителе может быть выполнена в виде карточки, имеющей, в общем, прямоугольную форму, длина которой близка к размеру ширины, аналогично кредитной карточке. Эти формы будут вкратце описаны ниже. Оптическое устройство 4 используется для фокусировки пучка 3 света накачки в пятно малого размера на пленке лазера на красителе. Оптическое устройство 4 может представлять собой, например, микроскопную линзу. Обычное пятно луча на пленке лазера на красителе имеет несколько микрон в диаметре. Следует отметить, что фокусировка луча света накачки необходима для повышения интенсивности накачки выше порога генерации в лазере. Система лазера на красителе в соответствии с настоящим изобретением может включать луч света накачки, который либо сильно сфокусирован до пятна малого размера, незначительно сфокусирован до пятна большего размера на пленке лазера на красителе или не сфокусирован, то есть без использования оптического устройства 4, до тех пор, пока интенсивность луча накачки будет превышать порог генерации в лазере. Другими словами, оптическое устройство не является необходимым элементом для работы настоящего изобретения. Оптическое устройство используется для фокусировки луча накачки в малое пятно с тем, чтобы интенсивность света накачки или световой поток (количество фотонов накачки на единицу площади) повысились для достижения уровня, превышающего порог генерации в лазере. Световой выход лазера 6 на красителе предпочтительно соединен с оптоволокном или с оптическим волноводом 8 с помощью соединительного оптического устройства 7, например линзы. Следует отметить, что использование оптоволокна или светового волновода в системе не влияет на работу самого лазера на красителе. Подсистема передачи луча предназначена для дальнейшего использования, с этой целью также может использоваться набор передающих зеркал, предназначенных для направления выходного луча лазера на красителях.

В данном описании термин "усилительная среда" обозначает среду с примесью красителя, предназначенную для стимуляции светом, излучаемым устройством световой накачки, для излучения лазерного луча в соответствии с настоящим изобретением. Термины "зона оптической накачки", "область оптической накачки" или "резонатор лазера" обозначают часть усилительной среды, через которую свет, излучаемый устройством световой накачки, проходит во время работы лазера на красителе в соответствии с настоящим изобретением. Аналогично термин "плоская текстура" обозначает состояние, в котором, по существу, все молекулы холестерического жидкого кристалла (ХЖК) в конкретной области или зоне оптической накачки располагаются в параллельных периодических спиральных структурах. Термин "фокально-коническая текстура" обозначает состояние, в котором, по существу, все молекулы ХЖК в конкретной области или зоне оптической накачки расположены в периодических спиральных структурах, которые не параллельны друг другу, термин "изотропное состояние" обозначает состояние, в котором, по существу, все молекулы ХЖК в конкретной области или зоне оптической накачки ориентированы случайным образом по отношению друг к другу. Термин "свет" обозначает любое электромагнитное излучение в диапазоне длины волны от ближней инфракрасной до дальней ультрафиолетовой области спектра. Термин "изотропный" означает, что коэффициент преломления материала не зависит от направления поляризации света. Аналогично термин "анизотропный" означает, что коэффициент преломления материала зависит от направления поляризации. Термины "однородный" и "неоднородный" означают, что коэффициент преломления отдельного слоя лазера является соответственно независимым от положения и зависимым от положения. Термины "плоскость пленки" или "плоский" определяются как плоскость пленки, расположенная в общем нормально к направлению распространения света лазера через усилительную среду, так, как показано на фиг.5А.

Средство 9 передвижения предназначено для передвижения лазерной пленки по отношению к сфокусированному пятну луча накачки с целью преодоления эффекта фотодеградации и тепловой дефокусировки пленки лазера на красителях. В этом отношении лазеры на красителях имеют тенденцию поглощать фотоны накачки с относительно высокой энергией и излучать фотоны с относительной низкой энергией. Разность энергии фотонов рассеивается в виде тепла в усилительной среде. Неравномерная температура в пленке приводит к нарушению равномерности коэффициента преломления пленки, что, в свою очередь, может нарушить генерацию выходного луча лазера на красителях. Это, в основном, представляет проблему в случаях, когда лазер работает с высокой скоростью повторения.

Средство передвижения управляется системным блоком управления на основе сигналов, поступающих от блока системного контроля. Из вышеприведенного описания понятно, что передвижение пленки лазера на красителе производится по отношению к лучу накачки. Предпочтительно иметь комбинацию передвижений, пленка 5 лазера на красителе, передвигающаяся в одном направлении по отношению к исходной рамке, и головка 5А накачки (луч накачки вместе с подсистемами подачи и отслеживания луча, изображенный внутри пунктирной линии), передвигающаяся в другом направлении. Для специалистов в данной области техники должно быть понятно, что эти два направления не обязательно должны быть перпендикулярными друг другу. Движение пленки лазера на красителе может быть непрерывным или дискретным (с остановками) по времени. Непрерывное движение является существенным для НВ, длинных импульсов или режима работы с высокой частотой повторения. Дискретное движение, то есть когда пленка лазера на красителе неподвижна в течение определенного количества импульсов и затем передвигается в новое положение пленки для преодоления фотодеградации, применяется для режима работы с короткими импульсами при низкой частоте их повторения.

Работа лазерной системы может отслеживаться различными путями. Например, пленка лазера на красителе может подвергаться предварительным испытаниям или может определяться характеристика ее флюоресцентности, порога генерации в лазере и эффективности генерации в лазере. Пленка лазера на красителе может отслеживаться на месте, то есть во время излучения света лазера на красителе для получения этих рабочих параметров. В качестве альтернативы пленка лазера на красителе может отслеживаться во время оптической накачки на уровне ниже порога генерации в лазере, как будет описано ниже. Устройство 10 отслеживания флюоресцентности предназначено для обеспечения отслеживания флюоресцентности красителя, в отношении которого производится оптическая накачка. Снижение флюоресцентного выхода представляет собой индикатор ухудшения рабочей эффективности (выходная мощность лазера по отношению к мощности накачки лазера на красителе). Путем отслеживания выхода может быть заранее задан срок службы области. Устройство отслеживания флюоресцентности состоит из системы линз, которые собирают свет, излучаемый из пленки лазера на красителе, системы оптического фильтра, которая снижает уровень окружающего света и света накачки, и фотодетектора с соответствующими электронными устройствами, которые преобразуют оптический сигнал в электронный сигнал, который подвергается дальнейшей обработке с помощью системного блока 1 управления. Устройство отслеживания флюоресценции будет описано более подробно ниже, со ссылкой на различные варианты воплощения настоящего изобретения. В систему также включен источник света, если свет накачки не используется. Фотодеградация также может отслеживаться по выходной мощности лазера на красителе. Отслеживание мощности лазера на красителе состоит из системы оптического фильтра, который понижает уровень окружающего света и света накачки, и фотодетектора с соответствующим электронным устройством, которое преобразует оптический сигнал в электронный сигнал, который подвергается дальнейшей обработке с помощью системного блока управления. Снижение выходной мощности лазера на красителе указывает на ухудшение лазерной эффективности лазера на красителе. Фотодеградация также может отслеживаться по порогу генерации лазера на красителе. Порог генерации в лазере представляет собой минимальную интенсивность накачки, требуемую для получения лазерного излучения. Повышение порога генерации в лазере указывает на ухудшение лазерной эффективности лазера на красителе. На фиг.5С изображены схематические графики взаимозависимости между мощностью накачки и выходной мощностью лазера на красителе. Представлены графики двух примеров 5С1 и 5С2 для иллюстрации рабочих условий пленочного лазера на красителе соответственно "свежего" и "использованного в течение длительного времени". Значения пороговой мощности накачки обозначены уровнями 5С11 для кривой 5С1 и 5С21 для кривой 5С2. Когда мощность накачки выше этого порога, происходит вынужденное излучение. В диапазоне мощности накачки (отмеченном 5С11 и 5С12 для 5С1) выходная мощность лазера, по существу, линейно зависит от мощности накачки. Наклон кривой определяется эффективностью лазера. Лазер на красителе предпочтительно работает в этой области. Для уровня мощности накачки за пределами 5С12 для кривой 5С1 лазер на красителе находится в области насыщения и такой режим работы является нежелательным, поскольку эффективность лазера снижается. Как показано на кривой 5С2, эксплуатационный срок службы лазера близок к завершению, поскольку у него более высокое значение порога генерации и ниже эффективность лазера. В зависимости от условий применения повышение порога генерации в лазере на 20% или снижение эффективности лазера на 10% могут рассматриваться в качестве показателя того, что лазер близок к завершению эксплуатационного срока службы.

Поскольку каждый краситель лазера имеет ограниченный спектральный диапазон настройки, система лазера на красителе в соответствии с настоящим изобретением может быть использована с некоторым множеством пленок 5 лазера на красителе (фиг.1), каждая из которых имеет различный краситель для лазера. Таким образом, пользователь может выбрать пленку 5, имеющую конкретный краситель, излучение которого происходит в требуемом спектральном диапазоне. Примеры красителей и их спектральные диапазоны включают краситель DMT (311-348 нм), краситель BBQ (360-410 нм), краситель стильбен-420 (410-480 нм), родаминовые красители (530-700 нм), оксазиновые красители (670-800 нм) и другие лазерные красители, которые являются коммерчески доступными, например производства компании Эксцитон Инкорпорэйшн, расположенной в городе Дэйтон, штат Огайо 45431 (Exciton, Inc. of Dayton Ohio 45431). Эти примеры приведены только для иллюстрации, и многие дополнительные красители для лазеров, пригодные для использования с настоящим изобретением, поставляются компанией Эксцитон и из других источников. Кроме того, усилительная среда, имеющая отдельные красители, может быть изготовлена так, что они будут расположены рядом друг с другом для получения выходного лазерного света, имеющего более широкий спектральный диапазон, как будет описано более подробно ниже со ссылкой на фиг.5В1. Для специалистов в данной области техники очевидно, что выходной свет лазера на красителе может быть с удвоенной частотой, такой как генерация на второй гармонике, как описано, например, в публикации автора В.В.Шмит. Применение лазера (Артэк Хауз.Инк., город Дэдхэм, штат Миннесота, 1970. (W.V.Smith Laser Applications (Artech House. Inc. Dedham, MA. 1970)). Это может быть достигнуто путем пропускания выходного света лазера через нелинейный материал так, что получаемый свет будет иметь две частотные компоненты: первоначальная частота и ее вторая гармоника. Выходной свет лазера на красителе также может смешиваться со светом лазера накачки для получения когерентного луча света за пределами спектрального диапазона лазера на красителе, связанного с конкретным красителем.

На фиг.2А изображен предпочтительный вариант воплощения настоящего изобретения с пленкой лазера на красителе, выполненной в виде удлиненного полотна, в частности в виде ленты. Лента 25 лазера на красителе намотана на две катушки 21А и 21В. Как показано, эти катушки установлены в кассете 20, аналогичной кассете, которая применяется для аудио- или видеоленты. Следует отметить, что использование кассеты 20 в системе не влияет непосредственно на работу лазера на красителе. Кассеты для ленты используются для удобства пользователя. Также могут использоваться открытые катушки. Луч 23 света от источника накачки предпочтительно фокусируется в виде малого пятна на ленте красителя с помощью средства 24 фокусировки. Выходной луч 26 лазера на красителе подсоединен к оптическому волокну или световому волноводу 28 с помощью системы 27 линз. Движение ленты производится с помощью вращающегося ролика 22. Пара пассивных роликов 22А и 22В удерживают гибкую ленту в плоском состоянии и выдерживают расстояние между лентой 25 и фокусирующим средством 24. В случае необходимости устанавливается средство 24А автофокусировки, предназначенное для точной регулировки этого расстояния для поддержания фокусировки. При этом могут использоваться известные технологии автоматического фокусирования, используемые для оптических устройств накопления данных. Например, смотри публикацию автора М.Мансурипур (M.Mansuripur). Физические принципы магнитооптической записи, Кембридж Юниверсити Пресс, 1995 ("The Physical Principles of magneto-optical Recording", Cambridge University Press, 1995). Обычный датчик положения (не показан) определяет местоположение по длине (координату х) ленты во время работы.

Рассмотрим теперь фиг.2В, на которой представлено оптическое устройство для лазерной системы по фиг.2А. Устройство 29 отслеживания флюоресценции (фиг.2А) включает оптический фильтр 29А, фокусирующую линзу 29В и фотодетектор 29С. Свет, используемый для возбуждения красителя, представляет собой собственно свет накачки. Дихроичный лучерасщепитель 24В пространственно отделяет свет флюоресценции от луча накачки. Дихроичный лучерасщепитель отражает, по существу, на длине волны накачки и пропускает, по существу, на длине волны флюоресценции. Таким образом, устройство 29 отслеживания предназначено для обеспечения отслеживания флюоресценции в процессе работы. Средство (не показано) установлено для передвижения головки 25А накачки (показано внутри пунктирной линией) для обеспечения доступа к различным местам положения на ленте лазера на красителе. Такое средство передвижения может включать любые подходящие декодеры положения, такие, как обычно используются в компьютерной промышленности для установки считывающих/записывающих головок на требуемой дорожке и секторах жесткого диска.

На фиг.2С изображена схема ленты лазера на красителе. Эта лента разделена на множество полосок. Полоска А предназначена для управления положением ленты. Средство определения местоположения устанавливается для обеспечения возможности с помощью подходящего декодера положения определить положение по длине (то есть вдоль оси х, как показано на чертеже) ленты по отношению к головке 5А накачки. Например, на ленту может быть нанесена оптическая кодировка с помощью перфорирования отверстий вдоль ленты (как показано буквой В), путем подсчета импульсов света, проходящих через эти отверстия, может определяться положение по длине (координата х) ленты лазера на красителе. В другом примере лента может иметь магнитную кодировку, нанесенную с помощью записи сигналов на магнитную полоску, которая нанесена на полоске А. Путем считывания магнитных сигналов может определяться координата х ленты лазера на красителе. Координата у может определяться по положению головки накачки. Например, головка 25А накачки может быть установлена на рычаге 25В, который может вращаться вокруг оси шарнира D, как показано не чертеже. В качестве альтернативы головка накачки может быть установлена на рычаге, который может линейно перемещаться вдоль направления оси у. Другие полоски представляют собой лазеры на красителе с основой ХЖК, настроенной на длины волн λ ₁, λ ₂,..., λ _n. Круглая область С, обозначенная пунктирными линиями на полоске λ ₁, в месте положения (x₁, y₁) является оптически возбуждаемой областью, что приводит к излучению лазера из ленты с длиной волны, приблизительно равной λ ₁. Для длины волны λ _k пятно С накачки перемещается на основу ХЖК, настроенную на длину волны λ _k. Очевидно, что схема ленты лазера на красителе не ограничивается конфигурацией, представленной на фигуре 2С. Лента, разделенная на множество зон или областей, каждая из которых настроена на различную длину волны и другие способы декодирования положения, пригодны для системы лазера на красителе в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.3А представлен другой предпочтительный вариант воплощения настоящего изобретения с пленкой лазера на красителе, выполненной в форме диска. Диск 35 лазера на красителе установлен на двигателе 31, который служит для вращения диска вокруг своей центральной оси. Луч 33 накачки от источника накачки фокусируется в малое пятно на ленте красителя с помощью системы 34 линз. Флюоресценция отслеживается с помощью способа, аналогичного описанному, в отношении фиг.2В. Устройство отслеживания флюоресценции включает оптический фильтр 39А, фокусирующую линзу 39В и фотодетектор 39С. Свет, используемый для возбуждения красителя, представляет собой, собственно, свет накачки. Дихроичный лучерасщепитель 34В пространственно разделяет свет флюоресценции от света накачки. В данном варианте воплощения дихроичный лучерасщепитель 34В пропускает, по существу, на длине волны накачки и отражает, по существу, на длине волны флюоресценции. Длина волны излучения лазера на красителе находится в пределах диапазона длины волны флюоресценции. В данном варианте воплощения во время отслеживания флюоресценции уровень накачки предпочтительно поддерживается значительно ниже порога генерации в лазере. При работе лазера электронные устройства отслеживания флюоресценции выключаются так, что отслеживание флюоресценции не производится в процессе работы. Однако эта же система определения может быть приспособлена для отслеживания выходной мощности лазера. На практике выполняется исходная проверка уровня флюоресценции, порога и эффективности лазера. После этого эффективность лазера может отслеживаться во время работы. Выходной луч 36 лазера на красителе направляется к оптическому волокну 38 с помощью системы 37 линз. На фиг.3В1 представлена схема, предназначенная для использования с диском лазера на красителе. Этот диск разделен на множество круговых полосок, которые представляют собой лазеры на красителе с основой ХЖК, настроенной на различные длины волн λ ₁, λ ₂,..., λ _n. На фиг.3В2 изображена другая организационная схема для диска лазера на красителе. Этот диск разделен на множество секторов, которые представляют собой лазеры на красителе с основой ХЖК, настроенной на различные длины волн λ ₁, λ ₂,..., λ _n. Устанавливается средство, такое, которое обеспечивает определение углового местоположения диска при работе лазера на красителе. С этой целью могут использоваться различные декодеры положения. Угловая координата (θ ) может быть определена с помощью кодирующего устройства вращения, связанного с двигателем 31. Радиальное положение (ρ ) может быть определено по положению головки 35А накачки, которая установлена на рычаге 35В1 (фиг.3В1). Исходное местоположение (0,0) может быть закодировано с помощью внедрения магнитной метки или перфорации одиночного отверстия на диске (как отмечено буквой А). Очевидно, что схемы, применяемые для дисков лазера, не ограничиваются конфигурациями, изображенными на фиг.3В1 и 3В2. Диск, разделенный на множество зон, каждая из которых настроена на различную длину волны лазера и обеспечение кодирования положения пригодны для использования в системе лазера на красителе в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.4А изображен другой предпочтительный вариант воплощения настоящего изобретения с пленкой лазера на красителе, выполненный в форме карточки. Карточка 45 лазера на красителе устанавливается в требуемом положении с помощью роликов 41А, 41В и 41С. Движение карточки выполняется с помощью вращающегося ролика 42. Луч 43 накачки из источника накачки фокусируется в виде пятна малого размера на ленте красителя с помощью системы 44 линз. Выходной луч 46 лазера на красителе направляется к оптическому волокну 48 с помощью системы 47 линз. На фиг.4В изображена схема карточки лазера на красителе. Эта карточка разделена на множество прямоугольных полосок. Полоска А предназначена для управления положением карточки. На этой полоске выполняется кодирование положения. Устанавливается такое средство, которое обеспечивает определение местоположения по длине (координата х) карточки при работе лазера на красителе. С этой целью может использоваться множество декодеров положения. Например, карточка может иметь оптическую кодировку, которая представляет собой набор машиносчитываемых меток, таких как перфорация, как показано, нанесенная вдоль карточки. В качестве другого примера, последовательность меток может включать магнитно-закодированную последовательность меток, нанесенных на магнитную полоску, расположенную на полоске А. Координата у может определяться по положению головки накачки. Например, головка 45А накачки может быть установлена на рычаге 45В, который может вращаться вокруг оси шарнира D, как показано на чертеже. В качестве альтернативы, головка накачки может быть установлена на рычаге, который может линейно перемещаться вдоль направления оси y. Другие полоски представляют собой лазеры на красителе с основой ХЖК, настроенной на различные длины волн, λ ₁, λ ₂,..., λ _n. Очевидно, что организационная схема лазерной карточки не ограничивается конфигурацией, изображенной на фиг.4В. Карточка, разделенная на множество зон, каждая из которых настроена на различную длину волны лазера, и обеспеченная устройством определения положения, может использоваться в системе лазера на красителе в соответствии с настоящим изобретением.

Лазер на красителе в соответствии с настоящим изобретением изображен на фиг.5А, 5В1 и 5В2. На фиг.5А изображен вид поперечного сечения и на фиг.5В1 и 5В2 изображен вид спереди. Используется обычная продольная оптическая накачка или концевая накачка, то есть вдоль длины усилительной среды, расположенной параллельно направлению распространения лазерного излучения. Луч 53 лазера накачки и луч 56 и 56А лазера на красителе проходят по одной линии в усилительной среде лазера. Как показано на фиг.5А, луч накачки проходит в направлении слева направо, и лучи лазера на красителе испускаются перпендикулярно с поверхности пленки в обоих направлениях. Оптическое устройство 54 используется для фокусировки луча накачки, и оптическое устройство 57 используется для коллимирования одного из выходных лучей 56 лазера на красителе. ХЖК усилительная среда 55 с примесью красителя имеет обычно толщину 5-100 микрон, и концентрация красителя в основе ХЖК обычно составляет 10^-4-10^-2 моляр. Оптимальная концентрация красителя зависит от многих факторов, например от длины волны накачки, длины поглощения (перпендикулярно к направлению плоскости) усилительной среды на длине волны накачки, усиления и потерь в красителе на длине волны лазера. Конкретная ХЖК основа также может влиять на эффективность лазера на красителе. Обычно ХЖК пленка зажимается между двумя прозрачными подложками 51 и 52. Подложки выбираются так, чтобы их коэффициент преломления был близок к среднему коэффициенту преломления ХЖК для минимизации нежелательной оптической обратной связи, вызываемой отражением Френеля на границах раздела ХЖК подложки. Следует отметить, что подложки для лент лазера на красителе выполняются гибкими. Например, прозрачная пластмасса с низким уровнем двойного лучепреломления является пригодной для этой цели. Подложки для дисков и карточек лазеров на красителе могут быть гибкими, полугибкими или жесткими. Например, прозрачные пластмассы, такие как полиэтилен, материал, продаваемый под торговой маркой MYLAR, и стекло, являются пригодными для этой цели. Усилительная среда 55 представляет собой область, в которой основа ХЖК является ориентированной в так называемой плоской текстуре, что обеспечивает распределенную обратную связь. Длина волны лазерного излучения устанавливается с помощью шага спирали основы ХЖК, которая обеспечивает настройку в пределах диапазона излучения конкретно используемого красителя и может быть точно настроена путем обработки, которая кратко будет описана ниже. Область 58, окружающая усилительную среду 55, может быть либо в оптически изотропном состоянии, при котором фокально-коническая текстура является в высокой степени рассеивающей свет, или плоской текстурой, которая имеет избирательный коэффициент отражения, в зависимости от поляризации и длины волны. В данном случае область 58 имеет плоскую текстуру, причем она может иметь характеристическую длину волны, совпадающую или отличающуюся от области 55 лазера на красителе.

На фиг.5В1 пятно 53 луча накачки (показано как пунктирный круг) на пленке лазера на красителе предпочтительно несколько больше (в направлении плоскости), чем усилительная среда 55 (показана как круг из непрерывной линии). Как показано, усилительная среда 55 может принимать различную конфигурацию в плоскости, например круглую (показана как 55), прямоугольную (55’) и в виде удлиненного прямоугольника или непрерывной полоски (55"). Показана различная геометрическая взаимозависимость между пятном 53 луча накачки и усилительной средой 55. Для усилительной среды (55 и 55’) круглой или прямоугольной формы луч накачки выбирается несколько больше по размеру. Азотные и эксимерные лазеры, используемые в качестве источника 2 накачки (фиг.1), имеют выходной луч прямоугольной формы. Как также показано, один и тот же импульс накачки может использоваться для возбуждения двух усилительных сред 55 одновременно. Эти одновременно возбуждаемые усилительные среды могут иметь одинаковую или различающуюся выходную длину волны. Различная выходная длина волны может использоваться для эффективного обеспечения выходного сигнала лазера с относительно более широким диапазоном частот, чем было указано выше.

На фиг.5В2 пятно 53 луча накачки показано на пленке лазера на красителе, который полностью представляет плоскую текстуру, так что вся пленка представляет собой усилительную среду 55. В этом случае зона оптической накачки, также обозначаемая как резонатор лазера или лазерная часть на красителе пленки, определяется геометрической формой луча накачки (показана как 53 и 53’). Одно из преимуществ настоящего изобретения состоит в том, что лазер на пленке с красителем может быть предварительно проверен или охарактеризован, например, путем определения квантовой эффективности флюоресценции, порога генерации в лазере, эффективности лазерного излучения и выходной длины волны, параметры лазера могут быть записаны как функция местоположения на пленке. Другие преимущества состоят в том, что к лазеру на пленке с красителем конкретной выходной длины волны может быть удобно обеспечен доступ путем перемещения луча накачки в местоположение с конкретной величиной выходной длины волны.

На фиг.6 представлен другой предпочтительный вариант воплощения системы лазера на красителе. Здесь снова используется продольная оптическая накачка или концевая накачка. Луч 63 накачки лазера и луч 66 лазера на красителе проходят по одной линии, в усилительной среде 65 лазера. Как показано, луч накачки проходит в направлении слева направо, и луч лазера на красителе излучается с поверхности пленки в одном направлении слева направо. Оптическое устройство 64 используется для фокусировки луча накачки, в то время как оптическое устройство 67 используются для коллимации одного из выходных лучей 66 лазера на красителе. Краситель лазера внедрен в соответствующим образом ориентированную холестерическую жидкокристаллическую основу для формирования усилительной среды 65 с распределенной обратной связью, которая обеспечивается уникальной хиральной структурой основы. Усилительная среда обычно имеет длину от 5-100 микрон, и концентрация красителя в основе обычно составляет 10^-4-10^-2 моляр. На оптимальную концентрацию красителя влияют многие факторы, например длина волны накачки, длина поглощения усилительной среды на длине волны накачки, усиление и потери в красителе на длине волны лазера. Основа ХЖК также может влиять на эффективность лазера на красителе. Обычно пленка ХЖК зажимается между двумя прозрачными подложками 61 и 62. Подложка 61 имеет отражающее покрытие 61А на поверхности подложки, обращенной к пленке лазера на красителе. Покрытие 61А представляет собой дихроичное покрытие с высоким коэффициентом отражения, которое отражает, по существу, на длине волны лазера на красителе, но пропускает, по существу, на длине волны накачки. Таким образом, это покрытие усиливает выходную мощность лазера на красителе в одном направлении, улучшая эффективность лазера. Подложка 62 покрыта отражательным покрытием 62А на поверхности подложки, обращенной к пленке лазера на красителе. Покрытие 62А представляет собой дихроичное покрытие с высоким коэффициентом отражения и отражает, по существу, на длине волны накачки, но пропускает, по существу, на длине волны лазера на красителе. Это покрытие, таким образом, отражает не поглощенный свет накачки обратно в среду лазера на красителе, улучшая эффективность накачки и эффективность лазера. Конкретная длина волны лазера в спектральном диапазоне конкретно используемого красителя устанавливается спиральным шагом основы ХЖК, который определяется материалом основы и может быть точно настроен путем обработки, как будет описано более подробно ниже. Область 68, окружающая усилительную среду 65, находится либо в изотропном состоянии, которое является оптически изотропным, либо в виде фокально-конической текстуры, которая является в высокой степени рассеивающей, или в виде плоской текстуры, которая имеет коэффициент отражения, зависящий от поляризации и длины волны. Плоская текстура области 68 имеет характеристическую длину волны, такую же или отличающуюся от области 65 лазера на красителе. Кроме преимуществ, описанных в отношении варианта воплощения, представленного на фиг.5А, дополнительные преимущества данного варианта воплощения состоят в том, что эффективность лазера повышается, поскольку излучение лазера на красителе направлено в одном направлении.

На фиг.7 представлен другой предпочтительный вариант воплощения системы лазера на красителе. Продольная оптическая накачка или концевая накачка снова используется в данном варианте. Луч 73 лазера накачки и луч 76 лазера на красителе проходят по одной линии в усилительной среде лазера. Как показано на чертеже, луч накачки проходит в направлении слева направо, и луч лазера на красителе излучается с поверхности пленки в направлении справа налево. Оптическое устройство 74 используется как для фокусировки луча накачки, так и для коллимации выходного луча лазера на красителе. Краситель лазера внедрен в правильно ориентированный холестерический жидкий кристалл основы для формирования усилительной среды 75 с распределенной обратной связью, которая обеспечивается уникальной хиральной структурой основы. Усилительная среда обычно имеет 5-100 микрон в длину, и концентрация красителя в основе обычно составляет 10^-4-10^-2 моляр. На оптимальную концентрацию красителя влияют многие факторы, например длина волны накачки, длина поглощения усилительной среды на длине волны накачки, усиление и потери в красителе на длине волны лазера. Основа ХЖК может также влиять на эффективность лазера на красителе. Обычно пленка ХЖК зажимается между двумя прозрачными подложками 71 и 72. Подложка 72 покрыта отражающим покрытием 72А на поверхности подложки, обращенной к пленке лазера на красителе. Это покрытие отражает, по существу, как на длине волны накачки, так и на длине волны лазера на красителе. Дихроичный лучерасщепитель 77 пространственно разделяет лучи накачки и луч лазера на красителе. Длина волны генерирования излучения лазера в спектральном диапазоне используемого красителя устанавливается в соответствии со спиральным шагом основы, который определяется материалом основы, и может быть точно настроена путем обработки. Область 78, окружающая усилительную среду 75, находится либо в изотропном состоянии, которое является оптически изотропным, либо в виде фокально-конической текстуры, которая является в высокой степени рассеивающей, или в виде плоской текстуры, которая имеет различный коэффициент отражения для различной поляризации и длины волны. Плоская текстура области 78 имеет характеристическую длину волны, такую же или отличающуюся от длины волны в области 75 лазера на красителе. Кроме преимуществ, описанных в связи с вариантом воплощения, представленным на фиг.5А, дополнительные преимущества включают повышенную эффективность лазерного излучения, поскольку излучение лазера на красителе направлено в одном направлении. Другое преимущество состоит в упрощении оптических устройств, предназначенных для фокусировки луча накачки и для коллимации выходного луча лазера на красителе.

Для понимания принципа работы настоящего изобретения кратко опишем соответствующие оптические свойства холестерических жидких кристаллов. Жидкие кристаллы существуют в промежуточной фазе между кристаллическим твердым веществом и изотропной жидкостью. Молекулы этих соединений обычно имеют стержневидную форму с длинными молекулярными осями, называемыми директорами. Жидкокристаллические фазы характеризуются большим диапазоном ориентации молекул. Нематическая фаза является самой простой, которая имеет только одну ориентацию упорядочения, такую, что директоры располагаются приблизительно параллельно. Холестерическая фаза жидких кристаллов происходит из-за наличия хиральности в жидкокристаллической фазе. На фиг.8А изображено упорядочение молекул для холестерических жидких кристаллов. Молекулы ориентированы послойно толщиной несколько ангстрем. Директоры изгибаются в каждом последующем слое приблизительно на 15 дуговых минут, формируя периодическую спиральную структуру с шагом Р, как показано на чертеже. Спиральная структура может быть либо правосторонней (ПС), либо левосторонней (ЛС). Спиральные структуры могут быть ориентированы нормально к границе слоя, как показано, что приводит к так называемой плоской текстуре, которая имеет свойства дихроизма, избирательно действующего в зависимости от длины волны, который повышается из-за брэгговской оптической интерференции. Например, ХЖК слой типа ПС отражает поляризованный свет с круговой поляризацией, закрученной вправо (ПСКП) (RHCP). Зависимость коэффициента отражения от длины волны описана в публикации авторов Дж.С.Ли и С.Д.Джекобс. "Разработка и конструкция концевых зеркал резонатора жидкокристаллического лазера с длиной волны 1064 нм". Журнал прикладной физики 68, 6523 (1990 г.) (J.C.Lee and S.D.Jacobs. "Design and construction of 1064-nm liquid-crystal laser cavity end mirrors" Journal of Applied. Physics 68, 6523 (1990)) Эта зависимость определяется уравнением

где δ =2π n_av(1/λ -1/λ _с), δ /к=2(n_аv/Δ n)(1-λ /λ _c) и L представляет собой толщину пленки, n_av представляет средний коэффициент преломления (n_e+n₀)/2 и Δ n=n_e-n₀ представляет собой оптическое двойное лучепреломление, n_е и n₀ являются коэффициентами преломления соответственно вдоль и перпендикулярно к молекулярному директору для стержнеобразных молекул n_e>n₀.

На фиг.8В изображен график вычисленного значения коэффициента отражения для пленки 8В1 ХЖК как функция от λ /λ _с. Средний показатель преломления n_av=1,60, двойное лучепреломление Δ n=0,10 и пленка имеет толщину 10 шагов, L=10Р. Выбранные величины являются типичными для полимера ХЖК, λ ₀/λ _c=1-Δ n/2n_аv=n₀/n_ave=0,96875 и λ _е/λ _с=1+Δ n/2n_аv=n_е/n_аvе=1,03125. Длина волны для λ _е/λ _с и λ ₀ в единицах λ _с отмечены линиями соответственно 8В2, 8В3 и 8В4. Боковые полосы коэффициента отражения получаются из-за брэгговской интерференции, происходящей со сдвигом по фазе. Коэффициент отражения имеет диапазон пропускания Δ λ

который имеет центр на характеристической длине волны

Полоса коэффициента отражения связана λ ₀≈_{n0Р и λ е≈nеР, как описано в публикации автора Дж.Л.Фергесон. "Холестерическая структура-I. Оптические свойства". "Молекулярные кристаллы. 1. 293 (1966) (J.L.Fergason, "Cholesteric Structure-I. Optical Properties." Molecular Crystals. 1. 293 (1966)). Коэффициент отражения составляет практически 100%, если толщина слоя составляет приблизительно 10 шагов, обычно приблизительно 5 микрон для видимого диапазона. Кроме того, ПС-слой свободно передает свет с левосторонней круговой поляризацией (ЛСКП) (LHCP) без поглощения, независимо от его длины волны. То же самое утверждение наоборот относится к левостороннему (ЛС) слою ХЖК. Жидкий кристалл в плоской текстуре представляет, по существу, двумерную кристаллическую структуру, поскольку он представляет оптические свойства анизотропных кристаллов.}

Спиральные структуры могут быть расположены случайно в так называемой фокально-конической текстуре, которая рассеивает падающий свет. Это изображено на фиг.8С1. Молекулы холестерических жидких кристаллов упорядочены таким образом, что формируются спиральные структуры 80С1. Эти структуры ориентированы случайным образом между двумя подложками 81С1 и 82С2. Фокально-коническая текстура может быть получена с помощью быстрой термической закалки или с помощью полиамидного слоя на подложках, предназначенного для ориентации. При так называемой температуре очистки молекулы не упорядочены, то есть они ориентированы случайным образом, как в жидком состоянии. Это показано на фиг.8С2. Холестерические молекулы 80С2 жидких кристаллов ориентированы случайным образом между двумя подложками 81С2 и 82С2. Этот материал является оптически изотропным для света, проходящего в любом направлении.

Вновь рассмотрим фиг.5А, на которой используется молекулярное упорядочение плоской текстуры для усилительной среды лазера на красителе в соответствии с настоящим изобретением. Плоская текстура, которая обеспечивает получение оптической обратной связи брэгговского типа, используется для основы лазера для получения узкополосного выходного сигнала лазера. Как показано на фиг.5А, зона оптической накачки, или резонатор лазера, определяется плоской текстурой основы, окруженной изотропной или фокально-конической текстурой, которая не обеспечивает оптической обратной связи. Фокально-коническая текстура является предпочтительной из-за присущего ей свойства рассеяния света. Для изотропного состояния возможно получить усиленную спонтанную эмиссию, если оптическое усиление будет очень высоким. Как описано выше, резонатор лазера также может быть определен геометрией луча накачки, как показано на фиг.5В1. Поскольку резонатор лазера не имеет зеркал, что определено распределенной обратной связью, обеспечиваемой холестерическими жидкими кристаллами в плоской текстуре, этот тип лазера имеет тенденцию быть нечувствительным к ориентации луча накачки. Такие лазеры обычно не требуют выравнивания пользователем и им присуща оптико-механическая стабильность.

Полимерные холестерические жидкие кристаллы являются особенно пригодными для использования в качестве усилительной среды в настоящем изобретении. Они, по существу, представляют собой анизотропное стекло, которое проявляет физические свойства нормального жидкого кристалла. Система нагревается до требуемой температуры, затем инициируется полимеризация с помощью источника энергии, такого как источник ультрафиолетового света, для получения трехмерной матрицы или сетки, в которой "застывает" ориентация молекулы с оптическими свойствами требуемой фазы. Хотя предпочтительным является ультрафиолетовое излучение, для специалистов в данной области техники будут понятны другие подходящие средства для стимулирования полимеризации холестерических жидких кристаллов, которые могут использоваться. Альтернативы ультрафиолетовому свету могут включать, например, использование электронного луча, фото-инициатора, чувствительного к голубому свету, или просто приложение тепловой энергии. В этом отношении активизированные внешними средствами (ультрафиолетовыми/видимыми фотонами) мономеры ХЖК химически реагирует друг с другом, формируя полимерную матрицу.

При наличии красителя в жидкой кристаллической основе молекулы красителя стремятся ориентироваться так, чтобы их продольная ось была параллельна директорам молекул жидких кристаллов. Эмиссия излучения света из молекул красителя имеет распределенную обратную связь с периодичностью n₀Р=λ ₀. Таким образом, выходную длину волны лазера ХЖК с красителем можно описать следующей формулой:

Таким образом, изменяя шаг спирали основы, можно регулировать выходную длину волны лазера. Жидкие кристаллы с характеристической длиной волны λ _c также могут изменяться с помощью относительного смешивания двух ХЖК в соответствии со следующей формулой, описанной авторами Р.Маурэр, Д.Андреевски, Ф.Х.Креузер и А.Миллер, "Поляризующие цветные фильтры, изготовленные из холестерических жидкокристаллических кремнийорганических материалов" SID 90. Дайджест. 110 (1990) (R.Maurer, D.Andrejewski. F.H.Kreuzer and A.Miller, "Polarizing color filters made from cholesteric LC silicones", SID 90. Digest, 110 (1990)).

где c₁ и c₂ представляют собой относительные концентрации жидких кристаллов с характеристическими длинами волны λ _c1 и λ _c2 соответственно. Если одна из составляющих представляет собой нематический жидкий кристалл, ее характеристическая длина волны рассматривается как бесконечно длинная. При этом, принимая, что второй жидкий кристалл является нематическим, уравнение [5] сокращается до вида

Для данного полимера ХЖК шаг плоской текстуры может быть настроен в определенном месте путем управления температурой отвердевания (Р.Б.Мэйер, Ф.Лонберг и С.-С.Чанг, "Самонастраивающийся отражатель на жидких кристаллах" (R. В. Meyer, F. Lonberg and С.-С.Chang "Liquid crystal smart reflectors" Proceedings of SPIE. 2441. 68 (1995)). Путем местного нагрева для фиксации шага спирали может быть получено значительное фракционное изменение шага Δ Р/Р. Исходя из уравнения [4], при этом может быть получен большой диапазон настройки Δ λ _L/λ _L≈_{ΔР/Р выходной длины волны лазера на красителе.}

На фиг.2С, 3В1, 3В2 и 4В зоны, обозначенные характеристичными длинами волн λ ₁, λ ₂,...,λ _n, могут состоять из множества красителей в различных ХЖК, которые настроены на различные характеристические длины волн. Например, зоны, помеченные λ ₁, λ ₂ и λ ₃ представляют собой ХЖК А, в котором имеется примесь красителя А с выходной длиной волны λ ₀ лазера, настроенные на длину волн λ ₁, λ ₂ и λ ₃; зоны, помеченные λ ₄, λ ₅ и λ ₆ являются ХЖК В с примесью красителя В с выходной длиной волны лазера λ ₀, настроенные на длины волн λ ₄, λ ₅, λ ₆ и так далее.

На фиг.9 показаны пропускная и отражательная способности ЛС полимерной пленки ХЖК толщиной 20 мкм с примесью красителя пиррометена 590. Кривая 91 коэффициента пропускания для неполяризованного падающего света показывает полосу поглощения лазерного красителя, с центром на длине волны 530 нм. Пропускная способность на 530 нм составляет 23%. Второй минимум пропускной способности находится на длине волны 600 нм, что вызвано высокой отражающей способностью ХЖК для света ПСКП. Кривая 92 отражающей способности изображает отражающую способность пленки ХЖК, зависящую от длины волны и поляризации. Поскольку падающий свет является неполяризованным, пропускная способность на длине волны 600 нм является близкой к теоретической и составляет 50%. Как можно видеть, при высокой концентрации примеси красителя сохраняется плоская текстура основы ХЖК.

Преимущества настоящего изобретения включают использование среды основы на холестерических жидких кристаллах, находящейся, по существу, в твердом состоянии, без необходимости применения зеркал или подложек, и то, что она может быть выполнена в форме ленты, дисков, карточек и так далее, в таких упаковках, как кассеты, так, что их удобно применять на практике, они имеют низкую стоимость, являются надежными и/или удобными для применения. Кроме того, лазер на красителе в соответствии с настоящим изобретением может иметь много дорожек. Каждая дорожка может иметь примесь в виде различного красителя, который обеспечивает лазерное излучение в различном диапазоне длины волны. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает выходное излучение лазера в относительно широком спектре, в диапазоне от ультрафиолетового излучения до инфракрасного излучения. Материал основы или усилительный материал может быть изготовлен из полимера с примесью жидких кристаллов с низким молекулярным весом в количестве, заранее определенном для поддержания материала основы, по существу, в твердом состоянии. Это заранее определенное количество не-поляризуемого жидкого кристалла с низким молекулярным весом позволяет изменять шаг спирали при изменении рабочей температуры, давления или путем приложения электрического поля, как описано в вышеуказанном патенте автора Голдберг, или магнитного поля, как известно специалистам в области технологии жидких кристаллов, для эффективной точной настройки длины волны излучения лазера. При этом твердотельная ХЖК основа или усилительная среда в соответствии с настоящим изобретением, по существу, дополнительно настраивается за пределы относительно грубой настройки, обеспечиваемой конкретной температурой отвердевания, использованной, как описано выше.

Вышеприведенное описание относится к основе ХЖК, которая представляет собой пакет из слоев с двойным лучепреломлением так, что их оптические оси, по существу, повернуты вокруг оси, нормальной к плоскости пленки, формируя структуру со спиральной периодичностью. Очевидно, что пакет пленок с "линейной периодичностью" также может служить в качестве основы с распределенной обратной связью в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.10 изображена основа с "линейной периодичностью" в виде пакета пар тонких слоев, пара 1 состоит из слоев 1001, 1002... Пара М состоит из слоев 1003 и 1004, расположенных на устанавливаемой в случае необходимости подложке 1005. Слои 1002 и 1004 выполнены из материала А с коэффициентом преломления n_A, и слои 1001 и 1003 выполнены из материала В с коэффициентом преломления n_B≠_{nA. Пакет может быть символически представлен как АВАВ,..., ABs или [AB]^Ms, где А и В обозначают соответственно слои материала А и материала В, s обозначает подложку и М обозначает количество пар, толщина слоев равна четверти волны, то есть nAtA=nBtB=1с/4, где tA и tB обозначают толщину слоев материалов А и В соответственно и 1с обозначает характеристическую длину волны центра длин волн полосы отражения пакета из пленки. В более общем виде линейная периодическая структура может быть получена с фиксированной величиной tA/tB и nAtA+nBtB=1c/2. Материал А, или материал В, или оба материала А и В имеют примесь из красителя лазера. Характеристическая длина волны 1с структуры находится в пределах диапазона флюоресценции красителя. Очевидно также, что основная повторяющаяся единица пакета может, вместо пары из двух слоев, представлять собой группу слоев так, что толщина слоя будет иметь фиксированные отношения, порядок и оптическая толщина в группе составляет 1c/2. Пакет может быть представлен символически АВСАВС,..., ABCs или [ABC]^Ms, где А, В и С обозначают соответственно слои с материалом А, материалом В и материалом С. Например, слои АВ могут представлять собой подслои, которые имеют комбинированную толщину, величиной в четверть волны так, что С представляет собой второй слой толщиной в четверть длины волны. В другом примере отношение толщины А:В:С может составлять, например, 1:1:1 так, что толщина каждого слоя А, В и С равняется 1с/6, s обозначает подложку и М обозначает количество групп.}

Один из предпочтительных вариантов воплощения настоящего изобретения состоит в том, что слои 1001, 1002, 1003 и 1004 являются оптически изотропными. Такая структура обеспечивает распределенную обратную связь для стимулирования излучения в направлении, нормальном к плоскости пленки или по оси z 1006, как показано на чертеже. Распределенная обратная связь является независимой от поляризации. Такая структура может быть получена с помощью попеременного нанесения с вращением материалов А и В на подложку. Другой предпочтительный вариант воплощения настоящего изобретения состоит в том, что слои 1001...1003 являются оптически изотропными и слои 1002...1004 являются оптически анизотропными. Для анизотропных слоев оптические оси (обозначены как "с") расположены параллельно друг другу, например вдоль оси х, как показано на чертеже. Коэффициенты преломления анизотропных слоев вдоль оси х и y составляют n_аx и n_Ay соответственно, которые отличаются друг от друга. Для линейной периодической структуры n_B=n_Ax и n_Ayt_A=n_Bt_B=1_с/4. Такая структура обеспечивает распределенную обратную связь для стимулированного излучения в нормальном к плоскости пленки направлении. Обратная связь является зависимой от поляризации, поскольку свет, поляризованный в направлении y, периодически изменяется в коэффициенте преломления, в то время как свет, поляризованный в плоскости х, не изменяется. Такая структура может быть получена тем, что вначале, методом выдавливания под давлением, получается многослойная структура [АВ]^M и затем полученную многослойную структуру растягивают в одном направлении. Эта технология описана в заявке РСТ WO95/17692 авторов Оудеркирк и др. (Ouderkirk et al.)

В настоящем изобретении устраняются недостатки, связанные с устройствами известного уровня техники, включая то, что они просты и безопасны при использовании по сравнению с жидкими лазерами на красителях известного уровня техники. Кроме того, в настоящем изобретении преодолевается проблема фотодеградации лазерного красителя благодаря обеспечению присущей материалу стабильной оптомеханической ориентации, которая позволяет производить передвижение усилительной среды по отношению к лучу накачки. Кроме того, в настоящем изобретении предпочтительно обеспечивается распределенная обратная связь (РОС), в которой усилительная среда, резонатор лазера и элементы настройки длины волны скомбинированы в тонкой, твердотельной пленке для обеспечения относительно незначительного влияния со стороны параметров окружающей среды по сравнению с устройствами лазеров с жидким рабочим телом известного уровня техники.

Вышеприведенное описание предназначено, прежде всего, для иллюстрации. Хотя изобретение было показано и описано со ссылкой на примеры его воплощения, специалистам в данной области техники следует понимать, что вышеприведенные и различные другие изменения, исключения и дополнения по его форме и деталям могут быть сделаны без отхода от объема и сущности настоящего изобретения.

Твердотельный лазер на красителе с распределенной обратной связью включает усилительную среду, находящуюся, по существу, в твердом состоянии, в которой имеется примесь флуоресцентного красителя, выполненную плоской в той части ее, которая предназначена для приема света от устройства накачки, и имеющую периодическую структуру, изменяющуюся в направлении, нормальном к указанной плоской части. Лазер содержит средство определения местоположения, выполненное с возможностью установки местоположения и ориентации усилительной среды по отношению к устройству накачки. Усилительная среда излучает в направлении, нормальном к указанной плоской части. Периодическая структура может содержать множество дискретно расположенных слоев, обладающих оптическими свойствами, которые периодически изменяются по отношению друг к другу. Структура содержит слои холестерического жидкого кристалла. Лазер может содержать основу в виде ленты, диска или карточки. Обеспечивается простота и безопасность при использовании и уменьшение влияния окружающей среды, а также исключается фотодеградация лазерного красителя. 3 н. и 58 з.п. ф-лы, 21 ил.

1. Твердотельный лазер на красителе с распределенной обратной связью для использования в установке твердотельного лазера на красителе с распределенной обратной связью, содержащей устройство накачки для излучения света с заданными частотой и интенсивностью, включающий усилительную среду, находящуюся, по существу, в твердом состоянии, в которой имеется примесь флуоресцентного красителя для испускания света в заранее заданном спектральном диапазоне, при этом усилительная среда, по существу, выполнена плоской в той ее части, которая предназначена для приема света от устройства накачки, так что указанный свет контактирует с усилительной средой под заранее заданным углом падения по отношению к указанной плоской части, при этом усилительная среда имеет структуру, оптические свойства которой периодически изменяются в направлении, нормальном к указанной плоской части, а также дополнительно содержит средство задания местоположения, выполненное с возможностью установки местоположения и ориентации усилительной среды по отношению к устройству накачки, причем усилительная среда стимулируется таким образом, что она обладает возможностью излучения лазерного света.2. Твердотельный лазер на красителе по п.1, отличающийся тем, что усилительная среда стимулируется таким образом, что она излучает свет лазера в направлении, нормальном к указанной плоской части.3. Твердотельный лазер на красителе по п.1, отличающийся тем, что указанная структура содержит множество слоев, дискретно расположенных вдоль указанного нормального направления и обладающих оптическими свойствами, которые периодически изменяются по отношению друг к другу.4. Твердотельный лазер на красителе по п.3, отличающийся тем, что оптические свойства выбраны из группы, состоящей из ориентации оптических осей и коэффициентов преломления.5. Твердотельный лазер на красителе по п.4, отличающийся тем, что указанное множество слоев содержит слои холестерического жидкого кристалла.6. Твердотельный лазер на красителе по п.1, отличающийся тем, что указанная частота выше, чем частота лазерного излучения.7. Твердотельный лазер на красителе по п.1, отличающийся тем, что твердотельный лазер на красителе содержит ленту материала основы.8. Твердотельный лазер на красителе по п.1, отличающийся тем, что усилительная среда проходит по указанной ленте.9. Твердотельный лазер на красителе по п.7, отличающийся тем, что выполнен в виде карточки.10. Твердотельный лазер на красителе по п.7, отличающийся тем, что дополнительно содержит полоску, предназначенную для намотки вокруг катушки, средство передвижения, выполненное с возможностью вращения указанной катушки с обеспечением передвижения усилительной среды по отношению к устройству накачки.11. Твердотельный лазер на красителе по п.7, отличающийся тем, что содержит, по существу, круглый диск, выполненный с возможностью вращения вокруг своей центральной оси, для того чтобы создавать указанное передвижение.12. Твердотельный лазер на красителе по п.7, отличающийся тем, что усилительная среда содержит холестерический жидкий кристалл.13. Твердотельный лазер на красителе по п.12, отличающийся тем, что усилительная среда содержит полимерный холестерический жидкий кристалл с заданной характеристической длиной волны.14. Твердотельный лазер на красителе по п.13, отличающийся тем, что молекулы, составляющие указанный полимерный холестерический жидкий кристалл, расположены в плоской текстуре.15. Твердотельный лазер на красителе по п.14, отличающийся тем, что усилительная среда проходит вдоль полотна.16. Твердотельный лазер на красителе по п.12, отличающийся тем, что холестерический жидкий кристалл находится в одном состоянии, выбранном из группы, состоящей из гелеобразного состояния и твердого состояния.17. Твердотельный лазер на красителе по п.1, отличающийся тем, что указанный заранее заданный угол падения, по существу, является перпендикулярным указанной плоской части.18. Твердотельный лазер на красителе по п.1, отличающийся тем, что указанный угол падения остается, по существу, постоянным при выполнении передвижения.19. Твердотельный лазер на красителе по п.18, отличающийся тем, что передвижение дополнительно содержит движение усилительной среды в направлении указанной плоской части по отношению к устройству накачки.20. Твердотельный лазер на красителе по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит две поверхностные пластины, которые служат для определения передней и задней плоских поверхностей усилительной среды, причем указанные поверхностные пластины избирательно являются светоотражающими и светопропускающими.21. Твердотельный лазер на красителе по п.20, отличающийся тем, что передняя пластина, по существу, является прозрачной для света с указанной частотой и, по существу, является отражающей по отношению к лазерному излучению.22. Твердотельный лазер на красителе по п.21, отличающийся тем, что передняя пластина дополнительно содержит многослойное покрытие, имеющее полосу отражения, выполненное с возможностью пропускания света с указанной частотой и отражения лазерного излучения.23. Твердотельный лазер на красителе по п.20, отличающийся тем, что задняя пластина, по существу, является прозрачной для лазерного излучения и, по существу, отражающей для света с указанной частотой.24. Твердотельный лазер на красителе по п.23, отличающийся тем, что задняя пластина содержит многослойное покрытие, имеющее полосу отражения, выполненное с возможностью пропускания лазерного излучения и отражения света с указанной частотой.25. Твердотельный лазер на красителе по п.20, отличающийся тем, что усилительная среда содержит холестерический жидкий кристалл в гелеобразном состоянии, расположенный между указанными пластинами.26. Твердотельный лазер на красителе по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит средство передвижения, выполненное с возможностью передвижения усилительной среды по отношению к устройству накачки.27. Твердотельный лазер на красителе по п.1, отличающийся тем, что усилительная среда выполнена с возможностью передвижения во время излучения света из устройства накачки в усилительную среду.28. Твердотельный лазер на красителе по п.1, отличающийся тем, что усилительная среда выполнена с возможностью передвижения между периодами излучения света из устройства накачки в усилительную среду.29. Твердотельный лазер на красителе по п.1, отличающийся тем, что усилительная среда выполнена с возможностью генерирования лазерного излучения по меньшей мере в одном заранее заданном спектральном диапазоне.30. Твердотельный лазер на красителе по п.29, отличающийся тем, что по меньшей мере один заранее заданный спектральный диапазон обеспечен указанным красителем.31. Твердотельный лазер на красителе по п.29, отличающийся тем, что усилительная среда содержит множество дискретных частей, каждая из которых выполнена с возможностью генерирования лазерного излучения в пределах множества дискретных диапазонов спектрального диапазона.32. Твердотельный лазер на красителе по п.31, отличающийся тем, что каждая из указанного множества дискретных частей содержит отдельный краситель.33. Твердотельный лазер на красителе по п.32, отличающийся тем, что каждый из отдельных красителей выбран из группы, включающей краситель DMT, краситель BBQ, краситель стильбен 420, родаминовые красители и оксазиновые красители.34. Твердотельный лазер на красителе по п.1, отличающийся тем, что указанный краситель выбран из группы, включающей краситель DMT, краситель BBQ, краситель стильбен 420, родаминовые красители и оксазиновые красители.35. Твердотельный лазер на красителе по п.1, отличающийся тем, что указанное средство задания местоположения содержит последовательность машиносчитываемых меток, расположенных вдоль кромки усилительной среды.36. Твердотельный лазер на красителе по п.1, отличающийся тем, что средство задания местоположения содержит последовательность перфораций.37. Твердотельный лазер на красителе по п.1, отличающийся тем, что средство задания местоположения содержит последовательность магнитных меток.38. Твердотельный лазер на красителе по п.1, отличающийся тем, что усилительная среда дополнительно настроена на заранее заданную характеристическую длину волны.39. Твердотельный лазер на красителе по п.38, отличающийся тем, что усилительная среда, включает жидкий кристалл и настроена под воздействием источника энергии.40. Твердотельный лазер на красителе по п.39, отличающийся тем, что указанный источник энергии выбран из группы, состоящей из света, бомбардировки электронным лучом и тепловой энергии.41. Твердотельный лазер на красителе по п.39, отличающийся тем, что указанная усилительная среда включает жидкий кристалл и выполнена с возможностью дополнительной настройки путем регулирования ее рабочей температуры.42. Твердотельный лазер на красителе по п.39, отличающийся тем, что усилительная среда включает жидкий кристалл и выполнена с возможностью дополнительной настройки путем регулирования ее рабочего электромагнитного поля.43. Твердотельный лазер на красителе по п.39, отличающийся тем, что усилительная среда включает жидкий кристалл и выполнена с возможностью дополнительной настройки путем регулирования ее рабочего давления.44. Твердотельный лазер на красителе по п.39, отличающийся тем, что усилительная среда содержит множество областей, каждая из которых настроена на одну из множества дискретных характеристических длин волны.45. Твердотельный лазер на красителе по п.44, отличающийся тем, что холестерический жидкий кристалл находится в гелеобразном состоянии.46. Твердотельный лазер на красителе по п.44, отличающийся тем, что каждая из указанного множества областей располагается в направлении указанной плоской части и имеет геометрическую конфигурацию, выбранную из группы, состоящей из линейных дорожек, круглых дорожек или секторов круга.47. Твердотельный лазер на красителе по п.46, отличающийся тем, что усилительная среда дополнительно содержит средство задания местоположения для установки местоположения и ориентации выбранной одной из множества областей, предназначенных для приема света, излучаемого устройством накачки.48. Твердотельный лазер на красителе по п.1, отличающийся тем, что усилительная среда содержит холестерический жидкий кристалл с указанной характеристической длиной волны.49. Твердотельный лазер на красителе по п.48, отличающийся тем, что указанная усилительная среда содержит полимерный холестерический жидкий кристалл.50. Твердотельный лазер на красителе по п.48, отличающийся тем, что молекулы, составляющие указанный холестерический жидкий кристалл, расположены в плоской текстуре.51. Твердотельный лазер на красителе по п.48, отличающийся тем, что усилительная среда ограничена в направлении указанной плоской части с помощью холестерического жидкого кристалла, расположенного в плоской текстуре.52. Твердотельный лазер на красителе по п.48, отличающийся тем, что усилительная среда ограничена в направлении указанной плоской части с помощью холестерического жидкого кристалла, расположенного в фокально-конической текстуре.53. Твердотельный лазер на красителе по п.48, отличающийся тем, что усилительная среда ограничена в направлении указанной плоской части с помощью молекул холестерического жидкого кристалла, случайным образом ориентированных для создания изотропного состояния.54. Установка твердотельного лазера на красителе с распределенной обратной связью, содержащая твердотельный лазер на красителе с распределенной обратной связью, включающий усилительную среду, содержащую полимерный жидкий кристалл, находящийся, по существу, в твердом состоянии с примесью флуоресцентного красителя, предназначенного для излучения света в заранее заданном спектральном диапазоне, устройство накачки, выполненное с возможностью излучения света с заданными частотой и интенсивностью в усилительную среду для стимуляции лазерного излучения из усилительной среды, при этом усилительная среда выполнена с возможностью передвижения по отношению к устройству накачки.55. Твердотельный лазер на красителе с распределенной обратной связью, предназначенный для использования в установке твердотельного лазера на красителе, включающей устройство накачки для излучения света с заданными частотой и интенсивностью, содержащий ленту полимерного материала основы, имеющую расположенную на нем усилительную среду, находящуюся, по существу, в твердом состоянии и содержащую примесь флуоресцентного красителя для излучения света в заранее заданном спектральном диапазоне, при этом усилительная среда включает полимерный холестерический жидкий кристалл, расположенный в плоской текстуре с характеристической длиной волны, причем указанная усилительная среда выполнена с возможностью передвижения по отношению к устройству накачки.56. Твердотельный лазер на красителе по п.4, отличающийся тем, что усилительная среда дополнительно содержит множество слоев с двойным лучепреломлением, расположенных друг над другом, и каждый из указанного множества слоев с двойным лучепреломлением имеет оптическую ось, при этом указанные оптические оси каждого из указанного множества слоев с двойным лучепреломлением являются, по существу, параллельными и оптически изотропный слой расположен между соседними слоями указанного множества слоев с двойным лучепреломлением.57. Твердотельный лазер на красителе по п.56, отличающийся тем, что каждый из множества слоев с двойным лучепреломлением и оптически изотропный слой имеет толщину, равную t=λ₀/4, где λ₀ представляет собой характеристическую длину волны указанной усилительной среды.58. Твердотельный лазер на красителе по п.56, отличающийся тем, что по меньшей мере один из множества слоев с двойным лучепреломлением имеет примесь флуоресцентного красителя.59. Твердотельный лазер на красителе по п.4, отличающийся тем, что усилительная среда дополнительно содержит множество оптически изотропных слоев, расположенных друг над другом, и каждый из указанного множества оптически изотропных слоев имеет заданный коэффициент преломления, при этом коэффициенты преломления соседних слоев из множества оптически изотропных слоев отличаются друг от друга.60. Твердотельный лазер на красителе по п.59, отличающийся тем, что каждый из указанного множества оптически изотропных слоев имеет толщину t=λ₀/4, где λ₀ представляет собой характеристичную длину волны усилительной среды.61. Твердотельный лазер на красителе по п.59, отличающийся тем, что по меньшей мере один из множества оптически изотропных слоев имеет примесь флюоресцентного красителя.