ЛАЗЕРНОЕ ВЕЩЕСТВО Российский патент 2021 года по МПК H01S3/213 

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к твердотельным органическим лазерам. В настоящее время существует большое количество полимерных лазерно-активных сред на основе акрилатов и метакрилатов, которые допируются органическими соединениями для получения лазерной генерации, излучающие в оптическом диапазоне спектра.

Лазерное вещество может использоваться в задачах, связанных с созданием перестраиваемых лазерных систем синего диапазона спектра.

Ди(фенил-5-оксазолил-2)-1,4-бензол (ПОПОП) известное органическое соединение широко используемое в качестве сцинтилляционных индикаторов ионизирующих излучений. Лазерное излучение в газовой фазе ПОПОП получено еще в 60-х годах. Однако эффективной лазерной среды на основе ПОПОП до сих пор не создано, хотя диапазон 400-430 нм длин волн является востребованным.

Изобретение относится к твердотельным лазерным веществам на основе органических красителей содержащее ди(фенил-5-оксазолил-2)-1,4-бензол (ПОПОП) в полиметилакрилате (ПММА) и может найти применение в лазерной технике для изготовления активных элементов перестраиваемых лазеров синего диапазона спектра.

Известно лазерное вещество [1] содержащее растворитель бутиловый спирт и ПОПОП. Эффективность преобразования составила - 2,9%. Возбуждение активной среды осуществлялось в поперечной схеме азотным лазером с длиной волны излучения 337 нм.

Недостатком аналога является то, что лазерное вещество представляет собой жидкую среду, состоящую из растворителя и лазерно-активного органического соединения и низкий КПД преобразования.

Известно также твердотельное лазерное вещество [2] на основе геля. Вещество твердотельной лазерной среды представляла собой полиакриламидный гель, допированный различными красителями и в частности ПОПОП. Для того чтобы лазерный элемент сохранял форму лазерное вещество помещалось в контейнер изготовленный из прозрачного материала для длин волн накачки и генерации. Возбуждение активной среды предлагалось осуществлять в поперечной схеме различными видами лазеров. Недостатком аналога является использование дополнительного контейнера и сложная технология изготовления самого тела лазерно-активной среды.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту, взятое за прототип, является вещество, содержащее искомый краситель (ПОПОП) внедренный в твердотельную матрицу на основе полиметилметакрилата (ПММА). В работе получена эффективная генерация ПОПОП (КПД достигает 25%, длина волны излучения составила 417 нм) в твердотельной матрице на основе полиметилметакрилата в поперечной схеме возбуждения эксимерным лазером с длиной волны излучения 308 нм [3].

Недостатком лазерного вещества прототипа является низкий ресурс работы лазерной среды и неоптимальный КПД преобразования. За меру ресурса в аналоге принята энергия, облучение которой единицы поверхности образца приводит к падению кпд генерации в два раза.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое решение

- увеличение ресурса работы твердотельной органической лазерной среды излучающей в синем диапазоне спектра;

- снижение плотности мощности накачки с одновременным сохранением эффективности преобразования (КПД) светового излучения.

Решение поставленной задачи достигается тем, что предлагаемое лазерное вещество, содержит ди(фенил-5-оксазолил-2)-1,4-бензол, полиметилметакрилат, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит (1,3,5,7,9,11,13,15-окта(пропилметакрилат)пентацикло[9.5.1.13,9.15,15.17,13]октасилоксан) при следующем соотношении, мас.%:

ди(фенил-5-оксазолил-2)-1,4-бензол 0,04 (1,3,5,7,9,11,13,15-окта(пропилметакрилат)пентацикло[9.5.1.13,9.15,15.17,13]октасилоксан) 8 полиметилметакрилат остальное

Пример получения заявленного лазерного вещества состоит в следующем. В 2-х мл очищенного метилметакрилата растворяют 0,0016 г ПОПОП и 0,32 г ПОСС. В 1,68 мл очищенного метилметакрилата растворяют 0,004 г азо(бисизобутиронитрила). Оба раствора сливают и тщательно перемешивают. Приготовленный раствор помещают в герметичную форму из полипропилена и полимеризуют в термостате при повышенной температуре (но не более 80°С) в течение 14 дней. Затем формы разнимают и извлекают образцы.

Лазерные элементы изготавливаются в виде усеченного по боковой поверхности цилиндра размером: диаметр 10 мм, длина 10 мм, толщина образца по секущей плоскости 7 мм.

Далее проводится ручная полировка торцов элемента и усеченной грани до чистоты обработки поверхности 2,5.

Ресурс работы лазерно-активной среды и генерационная эффективность преобразования излучения накачки исследовалась при возбуждении третьей гармоникой АИГ-лазера с длинной волны излучения 355 нм с энергией импульса до 15 мДж, длительностью 10 нс, в поперечной схеме накачки. За меру ресурса работы лазерного элемента взят критерий из [3]: резонатор был образован наружной торцевой гранью лазерного элемента и плоским 100%-отражающим алюминиевым зеркалом.

В таблице приведены результаты исследования генерационных характеристик вещества прототипа и предлагаемого образца.

Таблица 1 Генерационные характеристики вещества прототипа и предлагаемого образца

Вещество λ_ген, длина волны генерации (нм) W, плотность мощности накачки, (МВт/см²) КПД, % Ресурс,
Дж/см² ПОПОП в ПММА + 8% ПОСС-ПМА 418 8 27 200 ПОПОП в ПММА
Радуга 417 [3] 417 33 25 6

Из сравнения характеристик приведенных в таблице следует, что предлагаемое лазерное вещество существенно превосходит вещество прототип, по ресурсу работы лазерного вещества в 33 раза, при снижении плотности мощности накачки в 3 раза с одновременным увеличением эффективности преобразования (КПД) светового излучения на 3%.

1. Пат. 3745484 США Flowing liqueed laser / Caristi R. (USA); Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office; опубл. 10.07.1973.

2. Пат. 5610932 США Solid state dye laser host / Kessler W.J. (USA), Davis S.J. (USA), Ferguson D.R. (USA), Pugh E. R. (USA); Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office; опубл. 11.03.1997.

3. В.А. Светличный, Т.Н. Копылова, Г.В. Майер, Л.Г. Самсонова, Н.Н. Светличная, Е.А. Вайтулевич Полимерные активные среды перестраиваемых лазеров // Материалы VII Международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» в 7 томах. - Новосибирск, 21-24 сентября 2004. - Том 5. - C. 36-39.

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к твердотельным органическим лазерам. В настоящее время существует большое количество полимерных лазерно-активных сред на основе акрилатов и метакрилатов, которые допируются органическими соединениями для получения лазерной генерации, излучающие в оптическом диапазоне спектра. Заявленное лазерное вещество содержит ди(фенил-5-оксазолил-2)-1,4-бензол, полиметилметакрилат, и дополнительно содержит (1,3,5,7,9,11,13,15-окта(пропилметакрилат)пентацикло[9.5.1.13,9.15,15.17,13]октасилоксан) при следующем соотношении, мас.%: ди(фенил-5-оксазолил-2)-1,4-бензол - 0,04; (1,3,5,7,9,11,13,15-окта(пропилметакрилат)пентацикло[9.5.1.13,9.15,15.17,13]октасилоксан) - 8; полиметилметакрилат - остальное. Технический результат - увеличение ресурса работы твердотельной органической лазерной среды, излучающей в синем диапазоне спектра, а также снижение плотности мощности накачки с одновременным сохранением эффективности преобразования (КПД) светового излучения. 1 табл.

Лазерное вещество, содержащее ди(фенил-5-оксазолил-2)-1,4-бензол, полиметилметакрилат, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит (1,3,5,7,9,11,13,15-окта(пропилметакрилат)пентацикло[9.5.1.13,9.15,15.17,13]октасилоксан) при следующем соотношении, мас.%:

ди(фенил-5-оксазолил-2)-1,4-бензол 0,04 (1,3,5,7,9,11,13,15-окта(пропилметакрилат)пентацикло [9.5.1.13,9.15,15.17,13]октасилоксан) 8 полиметилметакрилат остальное