ЛАЗЕР НА РАСТВОРАХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Советский патент 1997 года по МПК H01S3/123 

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно, к области органических люминофоров, используемых в качестве активных сред для лазеров на растворах органических соединений.

Известны жидкостные лазеры на органических люминофорах, которые имеют определенные преимущества по сравнению с обычными газовыми и твердотельными лазерами. Лазеры на органических люминофорах могут быть настроены на излучение широкого диапазона длин волн, так как их флуоресценция также имеет больший диапазон.

Большинство красителей, используемых в жидкостных лазерах в настоящее время, дают генерацию в узком диапазоне длин волн, а пороги их генерации сравнительно велики.

Для получения генерации в сине-зеленой области спектра, известно использование в качестве активной среды жидкостных лазеров растворов кумаринов, однако, эта активная среда не позволяет перекрыть весь видимый диапазон спектра
Известен также лазер на растворах органических красителей, в котором можно получать генерацию с перекрытием значительного участка спектра (5000 - 9000 ) путем использования веществ одного класса Однако диапазон перестройки каждого соединения невелик и перекрытие достигается путем использования большого числа веществ. В то же время не известен класс соединений, в котором бы с помощью небольшого числа веществ получалась эффективная генерация, перекрывающая весь видимый диапазон спектра.

Среди люминофоров, применяемых в качестве активной среды в лазерах на растворах органических соединений с перестраиваемой частотой, известны различные 1,2-диарилэтилены с незамещенными арильными радикалами, такими как α -пафтил, 4-би фенилил
Ar CH CH Ar
Недостатком этих соединений является прежде всего то, что они генерируют в узком диапазоне волн. Это не обеспечивает достаточной перестройки по частоте.

Известно также применение 4-нитро-4'-диметиламиностильбена в качестве активной среды для лазеров на растворах органических соединений, способного давать генерацию в различных частях спектра при использовании ряда растворителей Однако, эффективная генерация и достаточная перестройка, получаемая на этом соединении, лежит в красной и ближней ИК-областях.

Целью предложенного изобретения является расширение диапазона перестройки частоты генерации от 4150 до 7150 .

Это достигается тем, что в лазере на растворах органических соединений в качестве активных сред применен раствор органических люминофоров 4,4' - дизамещенных стильбенов общей формулы:

Y NH₂•SO₂CHF₂
в одном из растворителей: этиловом спирте, толуоле, N,N'- диметилформамиде (ДМФА) или тетрагидрофуране (ТГФ) при концентрациях 10^-3-10^-4 моль/л.

Лазер на растворах органических соединений, в котором в качестве активной среды применены предложенные растворы органических люминофоров, может быть перестроен небольшим количеством веществ в широком диапазоне длин волн (4150 7150 ) и иметь диапазон перестройки до 1000 без изменения pH раствора, при этом максимум генерации лежит в пределах 4250 6600 , пороговое значение мощности излучения накачки, даваемое азотным лазером, лежит в пределах от 4 до 20 Квт.

Генерационные свойства предложенной активной среды исследовались на установке, состоящей из азотного лазера (источник возбуждения), цилиндрической кварцевой линзы, прямоугольной кварцевой кюветы с раствором испытываемого вещества, дифракционной решетки и диэлектрического зеркала, которые образовали оптический резонатор. Излучение азотного лазера фокусировалось цилиндрической кварцевой линзой на прилегающей к передней грани кюветы слой раствора активного вещества. Концентрация растворов подбиралась таким образом, что сфокусированное в шнур длиною 15 мм и шириною 0,1 мм излучение азотного лазера поглощалось в растворе на пути длиною около 0,1 мм.

Результаты оптических исследований приведены в таблице.

Пример 1. Раствор 4-диметиламино-4'-дифторсульфонилстильбена (1) в этиловом спирте при концентрации 1,1•10^-3 моль/л дает центральную длину волны генерации . Диапазон перестройки генерации равен 620 и лежит в пределах от 5450 до 6070 . Пороговое значение плотности энергии импульса излучения накачки, при которой появляется генерация, равно 6•10^-3 дж/см². Если в качестве растворителя используется ДМФА, то при концентрации 1,7•10^-3 моль/л 4-диметиламино-4'-дифторметилсульфонилстильбен дает центральную длину волны генерации . Диапазон перестройки генерации равен 750 и лежит в пределах от 5500 до 6250 . Пороговое значение плотности энергии импульса накачки, при которой появляется генерация, равно 5,33•10^-3 дж/см².

Пример 2. Раствор 4-амино-4'-диметиламиностильбена (II) в толуоле при концентрации 1,35•10^-3 моль/л дает центральную длину волны генерации . Диапазон перестройки генерации равен 300 и лежит в пределах от 4150 до 4450 . Пороговое значение плотности энергии импульса накачки равно 4,66•10^-3 дж/см².

Пример 3. Раствор 4-амино-4'-нитростильбена (III) в ТГФ при концентрации 2,25•10^-3 моль/л дает центральную длину волны генерации . Диапазон перестройки генерации равен 1000 A и лежит в пределах от 6150 до 7150 . Пороговое значение плотности энергии импульса накачки равно 8•10^-3 дж/см².

Пример 4. Раствор 4-(5-фенил-оксазолил-2)-4'-дифтометилсульфонил - стильбена /IV/ в этаноле при концентрации 4,5•10^-4 моль/л дает центральную длину генерации . Диапазон перестройки генерации равен 650 и лежит в пределах от 4500 до 5150 . Если в качестве растворителя используется толуол, то при концентрации 1,15•10^-3 моль/л центральная длины волны генерации . Диапазон перестройки генерации равен 500 и лежит в пределах от 4400 до 4900 . Пороговое значение плотности энергии импульса накачки равно 4•10^-3 дж/см². При использовании в качестве растворителя ДМФА центральная длина волны генерации . Диапазон перестройки генерации равен 1000 и лежит в пределах от 4700 до 5700 . Пороговое значение плотности энергии импульса накачки равно 1,66•10^-3 дж/см².

В таблице 1 также приведены данные по энергии генерации в относительных единицах для лазера на основе предложенных активных сред.

Значение энергии генерации для β-метилумбеллиферона, растворенного в щелочном этаноле, измерялось в тех же условиях и было равно 46 относительным единицам. Сравнение энергии предложенных активных сред с энергией генерации b -метилумбеллиферона позволяет сделать вывод о высоких коэффициентах преобразования предложенных активных сред.

На фиг. 1 показаны спектры поглощения и люминесценции 4-диметиламино-4'-дифтометилсульфонилстильбена (кривые I) в этиловом спирте и в ДМФА, а также спектры поглощения и люминесценции 4-амино-4'диметиламиностильбена (кривая II) в толуоле.

На фиг. 2 показаны спектры поглощения и люминесценции 4-амино-4'-нитростильбена в ТГФ.

На фиг. 3 показаны спектры поглощения и люминесценции 4(5-фенил-оксазолил-2)-4'-дифторметилсульфонилстильбена в этиловом спирте, толуоле и ДФМА.

Результаты испытаний веществ, заявляемых в качестве активных сред для жидкостных оптических квантовых генераторов, дают возможность квалифицировать их как перспективные соединения для лазерной техники с большими диапазонами перестройки.

Большинство известных в настоящее время люминофоров, в том числе взятых в качестве прототипов, используемых для получения генерации в области 4150 - 7150 , дают генерацию только в узком диапазоне перестройки. Из веществ, дающих генерацию в широком диапазоне перестройки, хорошо известен только умбеллиферон, который за счет осуществления протонированных форм в возбужденном состоянии генерирует в сине-зеленой области спектра. Для перекрывания диапазона длин волн генерации в области 4150 7150 использовались красители принципиально различных классов. В то же время с точки зрения промышленного синтеза проще производить вещества одного класса, незначительно отличающиеся между собой, чем вещества принципиально различных классов. Вещества, предложенные в данном изобретении, принадлежат одному классу и перекрывают за счет большой перестройки весь видимый диапазон (4150 - 7150 ). Высокие коэффициенты преобразования позволяют получать значительные мощности излучения, а низкие пороги генерации дают возможность пользоваться маломощным источником накачки.

Лазер на растворах органических соединений, содержащий активную среду, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона перестройки частоты генерации от 4150 до 7150 в качестве активных сред применены растворы органических люминофоров - 4,4'-дизамещенных стильбенов общей формулы

где X - NO₂, N(CH₃)₂ или
Y - NH₂, SO₂CHF₂,
в одном из растворителей: этиловом спирте, толуоле, N,N'-диметилформамиде или тетрагидрофуране при концентрациях 10^- 3 - 10^- 4 моль/л.

Лазер на растворах органических соединений, содержащий активную среду, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона перестройки частоты генерации от 4150 до 7150 в качестве активных сред применены растворы органических люминофоров 4,4'-дизамещенных стильбенов общей формулы

где X NO₂, N(CH₃)₂ или
Y NH₂, SO₂CHF₂,
в одном из растворителей: этиловом спирте, толуоле, N,N'-диметилформамиде или тетрагидрофуране при концентрациях 10^- 3 10^- 4 моль/л.