Лазер на растворах органических соединений с распределенной обратной связью Советский патент 1991 года по МПК H01S3/20 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть

использовано в научных и прикладных исследованиях, в частности при разра-.

ботке лазеров с перестраиваемой длиной волны излучения, применяемых для возбуждения или зондирования микрообъектов., .

Известны лазеры на красителях с распределенной обратной связью (РОС), индуциируемой излучением накачки, содержащие треугольную призму, одна из боковых граней которой находится в контакте с раствором красителя в кювете с расположенными на торцах оптическими окнами в виде плоскопараллельных пластинок. В этих лазерах излучение генерации выводится через оба окна кюветы в противоположные стороны. Поскольку на практике используется, как правило, лишь излучение, выходящее . через одно из окон кюветы, в таких лазерах бесполезно теряется половина генерируемого излучения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является РОС-лазер на красителях с выводом излучения в одну стррону, содержащий треугольную приему, одна из боковых граней которой находится в конта:кте с раствором красителя в кювете с расположенными на торцах оптическими окнами, и установленный перпендикулярно ойтической оси по одну сторону кюветы отраrSli iln(,)arc8in(iiJ | iisin t|,.- 1 угол между гранью клина, контактирующей с раствором, и. нормально к границе раздела призма-раствор; пС-А,), п(о) - показатели преломления мате риале клина на минимальной и максимальной длинах волн заданного диапазона перестройки длины волны генерации соответственно; np(,), прСЛя) показатели преломления раст Bbpa красителя нд минимальной и максимальной длинах волн заданного диапазона перестройки длины волны ген рации соответственно, . а плоскость грани плоскопаралпельног окна ориентирована перпендикулярно границе раздела призма раствор и опт ческой оси лазера. На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - ход лучей

жатель с максимальным коэффициентом отражения в диапазоне перестройки длин волн. Оптические окна кюветй представляпт собой плоскопараллельные расположенные под углом

пластинки,

и оси.

к оптическс

Недостат

ком данного лазера является нестабш:ьность пространственного ;уча генерации при переположения J

стройке дш

ны волны гене;рации.

Цель из( |бретения - повышение стабильности пространственного положения луча генерации при перестройке длины волны в заданном диапазоне.

Поставленная цель достигается тем, что в лазере на растворах органических соединений с распределенной обратной связью, содержащем треугольную призму, одна из боковых граней которой установлена в контакте с раствором красителя в кювете с расположенными на торцах оптическими окнами, одно из которых вьшолнено в виде плоскопараллельной пластинки и обращено к установленному на оптической оси отражателю с максимальным коэффициентом отражения в диапазоне перестройки длин волн, другое окно кюветы выполнено в виде клина с двугранным углом при вершине .. (р, выбираемым из условия fSlibL )arcsirv(2.ti 2isini) (1) генерации на .выходе из клинового окна. лазера. Лазер содержит треугольную призму 1, кювету с раствором красителя 2, имеющую оптические окна 3 и 4, и отражатель 5; п - нормаль к границе раздела призма-раствор; п„ нормаль к внешней грани клинового окна 3, tf- двугранный угол при вершине клинового окна, i - угол между гранью клина, контактирующей с раствором, и нормалью п, 00 - оптическая ось лазера. Луч генерации, выходящий через плоскопараллельное окно 4, не испытывает преломления, так как плоскости окна перпендикулярны границе раздела призма-раствор и оптической оси лазера. Следовательно, направление выхода луча через плоскопараллельное окно не изменяется при перестройке длины волны генерации. Так как положение отражателя 5 в данном устройстве, ввиду указанных выше причин, является фиксированным, а его плоскость параллельна плоскости плоскопараллельного окна 4, отражамщее покрытие может быть нанесено непосредственно на внешнюю грань окна 4, что приведет к уменьшению габаритов и упрощению конструкции устройства. Из фиг. 2 видно, что угол падения луча на границу раздела раствор-матеlKA)arcsin(n sin|J)arcsin n Так как п(:) и np() являются величинами, монотонно убывающими в области нормальной дисперсии, а п()Пр СХ), отношение 7Я представляющее собой относительный показатель преломпениЯ: растворителя относительно материала клинового окна, будет монотонно возрастать с увеличением длины волны. В выражении для well) имеется произве дениё монотонно убывакхцёй величины п(Л) и монотонно возрастаиичей величкsinrarcsin()4-j которая

n(A,)sin arcsin(3|||i|8ini)(A2)sin arcsin(

Учитывая малость yrnafi rarusin(--5r-rsini)-{jM, можем замег ;; нить его синус самим углом, выражен-, n(,)arcsin(Sii| isini)-( Отсюда получается вьфажекие (I) для С. Посмотрим, как изменяется угол W(ft) при перестройке дпинь волны от ,589 нм им в предлагаемом устройстве, если , в качестве растворителя используется метиловый cmtpTy а клиновое окно выполнено из кварцевого стекла. Значение угла WCA) для Кон1кретяого случая может быть опредеЛёИо по формуле (2) при условии выбора урла (О на основащ1и выражения (I) Анализ полученных данных показывает, что W) при изменении от 589 нм до $56 нм пульсирует возле некоторо го среднего положения. Причем максимальная амплитуда этих пульсаций состдвляет ,1 КГ град. или 5,4 Ч . Сравнивая это значение для &,W со значением изменения угла выхода луча в случае плоско-параллельного окна, где, как и в рассматриваемом примере, , растворитель метиловый спирт, Л, 589 нм,Лг 109

sin arcsir

ным в радианной мере. Тогда нахожде-г ние СР значительно упрощается, а именно: ,Q 6 i. Угол преломления риал клина равен O6 arcsin(). Угол падения луча на границу раздела Материал клигШШ. на - воздухА of4p arcsin(.- ysini)-(f. И, наконец, угол выхода WCA) луча из устройства равен in arcsin()-tpll. .(2) может регулироваться с помощью вы- . бора угла ср. При соответствующем выборе значения Cj WCX) будет, величиной, которая при изменении Л изменяется значительно медленнее, чем в случае , плоскопйраллельного окна, т.е; когда (, В качестве критерия выбора значения угла Ц возьмем равенство углов . выхода луча для минимальной и максимальной длин волн генерации заданного диапазона перестройки длины волны, W(7k,)W(), или (lp arcsin(Si 656 нм, получаем, что в предлагаемом устройстве угол выхода W(А) луча из устройства изменяется на два порядка меньше. Таким образом, в данном конкретном случае, предлагаемое устройство позволяет повысить стабильность пространственного положения луча генерации на два порядка. Изготовлен лазер, содержащий рав о ДРенную прямоугольйую треугольную призму из кварцевого стекла;, одна из катетных боковых граней которой находится в контакте с кюветой с раствором красителя. Контактирующая с Раствором грань призмы имеет размеры 30x30 мм, одно из оптических окон выполнено в вцде клиНа с углами 1 15i5 Ср 47;i:5. Другое ок-i, но выполнено в виде плоскопараллельной пластинки, плоскость которой перпендикулярна границе раздела призмараствор и оптической оси лазера. Оптические окна кюветы изготовлены из кварцевого стекла. На внешнюю 1 грань плоскопараплельного окна нанесено многослойное диэлектрическое отражакяцее покрытие, 1шеющёе в оёлас ти 580-670 им коэффициент отражения R 96-99%. Использовались йетаиольны растворы красителей родамина С и оксазина 17, генерирующие в ука:занной выше области спектра. Возбуящение генерации красителей осу1цествлялось излучением 2-й гармоники лазера на алюмоиттриев н4 гранате (..-332 им, кВт). Стабильиость пространственного положения луча генерации определялась фотоэлектрически методом сканирования по диаметру пятна в дальней зоне с помощью фотодиода ФЛ 27 К Проведенные измерения показали что максимальное отклонение луча при перестройке дпины волны от 590 нм до 660 нм составляло 0,0003, По сравнению с прототипбм предлагаемое устройство обладает следующиьш основными преимуществами: позводдет повысить стабильность пространственного положения луча ге6Sнерации в /vlOO раз за счет компенсации угловой дисперсии жидкостной призмы из раствора красителя в кювете угловой дисперсией клинового окна кюветы. Такой лазер .позволяет производить возбуждение или зондирование микрообъектов при перестройке длины волны в широком спектральном диапазоне без дополнительной юстировки элементов схемы обеспечивая одновременно высокую точность попадания излучения на исследуемый объект. Это создает благоприяпше условия для автоматизации проводимых измерений и повышает производительность труда; возможность совмещения отражателя с поверхностью внешней грани плоскопараллельного окна упрощает конструкЦию и уменьшает ее габариты (в этом случае не требуется механизма юстировки отражателя) . Отсутствие подвижного элемента (отражателя) приводит к ntpвышению виброустойчивости РОС-лазера и, следовательно,к повышению точности проводимых с его помоп ю измерений.

ЛАЗЕР НА РАСТВОРАХ ОРГАНИт ЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ, содержащий треугольную призму, одна из боковых граней которой установлена в контакте с раствором красителя в кювете с расположенными на торцах оптически окнами, одно из которых выполнено в виде плоскопараллельной пластинки и обращено к установленному на оптической оси отражателю с максимальным коэффициентом отражения в диапазоне перестройки длин волн, отличаю.щийся тем, что, с целью повышения стабильности пространственного положения луча генерации при перестройке длины волны в заданном диапазоне, другое (Л окно кюветы выполнено в виде кпинас двугранным углом при вершине ( , выбираемым из условия (S ||5isini) показатели прёломпения раствора красителя на минимальной и максимальной длинах волн заданного диапазона перестройки длины волны гене- ра:ции соответственно, а ПЛОСКОСТЬ грани плоскопараллельного окна ориентирована перпендикулярно границе раздела призма- раствор и оптической оси лазера.

Фиг.2