Способ генерации в лазерах на растворах органических соединений Советский патент 1986 года по МПК H01S3/09 

I H-(k М-) +l,

где Т - время жизни возбужденной

молекулы красителя, с; бд - сечение поглощения потока

накачки молекулами красителя, см .

3. Способ по п. 1, отличаю щ и и с я тем, что кювету заполняют раствором красителя, способного к фотоизомеризации, и осуществляют замену возбуждаемого рабочего вещества путем перемещения границы фотохимиИзобретение относится к квантовой электронике, а именно к лазерам на растворах органических соединений и может быть использовано для получения генерации в рабочем вещес тве лазера.

Цель изобретения - увеличение КПД генерации и выходной энергии лазера а также уменьшение расходимости генерируемого излучения.

Для определения скорости перемещения границы фотохимического преобразования измеряются константы скоростей К (точнее,,величин КТ, где t - время жизни возбужденной молекулы красителя, с) для растворов органических соединений с реагентом при комнатной температуре (20 С). Данные измерений КТ ( см) сведены в таблицу.

ческого преобразования в процессе возбуждения со скоростью, определяеППОР (1-)

мои из соотношения v

NO г

I,

Чг

пор

причем п„„„2« Н„ и , г

(-1+7 -Рг, )

inг;- ,

) - вероятность изомеризации возбужденной молекулы красителя за время Т.

Продолжение таблицы

Реагент

К102 К120 К153 К314

3,3

32±2,5

Ими- 0,9

1,24+0,1 1,6 0,025 0,7

0,012

25

ТТримерТ.В темноте при комнатной температуре (20 С) приготавливают раствор красителя кумарин 6 (с концентрацией N Ш ) в диэтиловом эфире в смеси с 1,4-дифени.пбутадиеном (с концентрацией М

3,42 Ю см ) . В темноте раствор заливают в прямоугольную кварцевую лазерную кювету размером 1x1x2 см. Зеркала лазерного резонатора с коэффициентами отражения R, 1 и R 0,13 в полосе поглощения 520+10 нм вплотн ю прилегают к двум противоположным боковым граням кюветы размером 1x2 см. Перпендикулярно к грани размером 1x1 см в кювету вводят направленный- световой поток накачки на длине волны 440 нм (3-я гармоника лазера на атомарном йоде) с интенсивностью Ig 10 см . Сечение поглощения света накачки молекулами красителя 10 см. Излучатель- ное время жизни возбужденных молекул Т 3-10 с. Константа скорости реакции обесцвечивания возбужденных синглетных молекул кумарина 6 с 1,4-Дифенилбутадиеном,согласно табличным данным равна К 2,43-10-2 см .

Согласно предлагаемому расчету при указанных параметрах получают следующие данные: ширина зоны возбуждения 2 1,2 см,- скорость перемещения границы фотохимического преобразования V 10 см/с; время замены вещества в зоне оптического

возбуждения At - 120 неi КПД генерации 10% (для известного способа 1%)j энергия генерации за тот же промежуток времени в предлагаемом способе увеличивается в 10 раз по сравнению с известным, так как увеличение энергии прямопропорционально увеличению КПД. Расходимость Ю (для известного способа - Ю ).

Пример 2. В темноте при комнатной температуре (20 С) приготавливают раствор красителя кумарин 6 (Кб) с концентрацией N 10 в диэтиловом эфире в смеси с 1,4-Ди- . фенилбутадиеном при концентрации М 3,42 10 см З . в темноте раствор заливают в стеклянную лазерную кювету диаметром 10 см и длиной 50 см. На боковую стенку кюветы в полосе по глощения кумарина 6 (380-480 нм) подают световой поток с интенсивностью 1д 3. с-Чсвет открытого сильноточного разряда с температурой Т 30000 К). Среднее по полосе Кб сечение поглощения накачки о , Излучательное время жизни возбужденных молекул

t . Константа скорости реакции обесцвечивания, согласно табличным данным, равна К 2,43

Согласно расчету получают следующие данные: ширина зоны возбуткдения 0,82 см скорость перемещения границы V 1,36-10 см/с; время замены вещества в зоне оптического возбуждения ut 6 мкс КПД генерации 3% (известного способа 1%) энергия генерации увеличивается в 3 раза, расходимость равна З Ю (для известного способа - ).

Пр имер 3. В темноте приготавливают раствор 1,4-Дифенилбутадиена (с концентрацией молекул ) в гексане. В темноте раствор заливают в прямоугольную кварцевую лазерную кювету размером 1x1x2 см. Зеркала лазерного резонатора с отражением R, 1; R 0,13 в полосе 375+10 нм вплотную прилегают к граням кюветы размером 1x2 см. Перпендикулярно к боковой незанятой зеркалом грани кюветы 1x2 см подают излучение накачки на длине волны 347 нм (2-я гармоника излучения рубинового лазера) с интенсивностью. IQ 10 см сГ Сечение поглощения накачки бо 1,25-10 см. Пороговая плотность

ыI,возбужденных частиц 10 см . Время жизни вЬзбужденных молекуле 0,48 не; 17 0,31. Под действием света накачки молекулы 1,4-Дифенил- бутадиена меняют исходную транс-форму на цис-форму, которая не флуо- - ресцирует и обладает сечением поглощения накачки, в 6,5 раз меньшим Сд 1,9-10 см2.

Согласно предлагаемому расчету., получают следующие данные: ширина зоны возбуждения 0,5 см; скорость замены активного вещества v 2,510 см/с; время замены вещества в зоне оптического возбуждения ut 2 не; КПД генерации 15% (для известного способа 1%), выходная энергия генерации увеличивается в 15 раз; расходимость генерируемого излучения 5 10 (для известного способа Ю ).

Таким образом, предлагаемый способ генерации позволяет осуществлять замену возбуждаемого рабочего вещества в лазерах на растворах органических соединений со скоростями значительно больше 10 м/с (например 10 м/с), т.е. за несколько микросе512332366

кунд, что обеспечивает увеличение КПД ходной энергии лазера, а также умень- генерации, по крайней мере в несколь- шается расходимость генерируемого ко раз и приводит к увеличению вы- излучения в 3-10 раз.