Лазер на растворах органических соединений с распределенной обратной связью

 

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 генера:ции соответственно, а ПЛОСКОСТЬ грани плоскопараллельного окна ориентирована перпендикулярно границе раздела призмараствор и оптической оси лазера.

1 (19) (И) .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

NNN

РЕСПУБЛИН (5g)g Н 01 S 3/20 списочник изоБРКТКНиЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21 ) 3544928/25 (22) 26.01.83 (46) 23.08.91. Бюл. У 31 (71) Институт физики АН БССР (72) А.Н.Рубинов, Т.Ill.Эфендиев, В.М.Катаркевич и 3.И.Перчи (53) 621.375.8(088.8) (56) Apanasevich P.À. and Zaporo-.

zhchenko Ч.А. Lightinduced graring

formarion in dye solution by two

independent laser beams". "Optics.

Communs", 1979, ч. 30, N 2, р. 231-234, Забелло Е.И. и др. Новые схемы

ОКГ на красителях с динамической распределенной обратной связью. Тезисы II-ой Всесоюзной конференции

"Лазеры на основе сложных органических соединений и их применение", r. Душанбе, 1977, с. 6. п(ф, )arcsin(†-sini)

° п Р (Х1) () - —— п Ф 1

1Ь1

n(Q, ) —.и( где i — угол между гранью клина, контактирующей с раствором, и нормалью к границе раздела призма-раствор;

n(%,). . п(ф ) — показатели преломпения материала клина на минимальной и;максимальной длинах волн заданного диапазона перестройки длины волны генерации соответственно;

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть

2 (54) (57) ЛАЗЕР НА РАСТВОРАХ ОРГАНИ-..

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 оптическими окнами одно из которых выполнено в виде плоскопараллельной пластинки и обращено к установленному на оптической оси отражателю с максимальный коэффициентом отражения в диапазоне перестройки длин волн, о т л и ч а ю.шийся тем, что, с целью повышения стабильности пространственного положения луча генерации при перестройке длины о

Щ волны в заданном диапазоне, другое окно кюветы выполнено в виде клина. . с двугранным углом при вершине (, выбираемым из условия

-а(ф )arcsin(- — — sini) пв(9Lz)

n (%gg

%z) и (ф,), и (Q<) — показатели преломления раствора красителя на минимальной и максимальной длинах . волн заданного диапазона пе-. рестройки длины волны гене- рации соответственно, а ппоскость грани плоскопараллельного окна ориентирована перпендикулярно границе раздела призма-раствор и опти )рв ческой оси лазера. использовано в научных и прикладных исследованиях, в частности при разра-,.

1094546 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 «О 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 . f5 кюветы в противоположные стороны. Поскольку на практике используется, как правило, лишь излучение, выходящее, через одно из окон кюветы, в таких лазерах бесполезно теряется половина 20 генерируемого излучения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является POC-лазер на красителях с выводом излучения е в одну сторону, содержащий треуголь- 25. ную призму, одна иэ боковых граней которой находится в контакте с раствором красителя в кювете с расположенными на торцах оптическими окнами, и установленный перпендикулярно оптичес-3О кой оси по одну сторону кюветы отраи (Э1) п(9 )arcsin(-> sini)-п п(%1 ) (й

n(35 где i — угол между гранью клина, контактирующей с раствором, и нормально к границе раздела призма-раствор; (5 )

n(9, ) — показатели преломления мате2 риала клина на минимальной и максимальной длинах волн заданного диапазона перестройки длины волйы генера. ции соответственно; пр {%1), п (9 ) — показатели преломления раст2. вора красителя на минимальной и максимальной длинах волн заданного диапазона перестройки длины волны генерации соответственно, а плоскость грани плоскопараллельного окна ориентирована перпендикулярно границе раздела призма раствор и опти- ческой оси лазера.

На фиг. 3 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 — ход лучей жатель с максимальным коэффициентом отражения в диапазоне перестройки длин волн. Оптические окна кюветы представля т собой плоскопараллельные пластинки, расположенные под углом к оптическ и оси.

Недоста ком данного лазера является нестаб ьность пространственного положения уча генерации при перестройке ны волны генерации.

Цель из бретения — повышение стабильности ространственного 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 иэ которых выполнено 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,. (P, выбираемым из условия (ф ) агсзз.п(-" — — sini) п в(At) п Оа) — — (1)

9, )-п(Я ) 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; n — нормаль и к внешней грани клинового окна 3, q - двугранный угол при вершине клинового окна, i - -угол между гранью клина, контактирующей с раствором, Г и нормалью и, 00 — оптическая ось лазера. Луч генерации, выходящий через плоскопараллельиое 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 поло" жение отражателя 5 в данном устройстве, ввиду указанных выше причин, является фиксированным, à его плос5 1094546 б кость параллельна плоскости плоско- риал клина равен ) . Угол преломления параллельного окна 4, отражающее по- .,п (ф)

g(;-arcsin(- — — sini). крытие может быть нанесено непосред- n(3) ственно на внешнюю грань окна 4, что 5 луча на границу раздела материал кли приведет к уменьшению габаритов и уп- пб(%) на — воздух =ggcrarcsin(--sini. — ° рощению конструкции устройства. "М и(}()

Ив фиг. 2 видно, что угол падении И, наконед, угол выкрда У(л} луча луча на границу раздела раствор-мате- из устройства равен

)((gl)=srcsin(n(%)sing}=srcsin(n(%)sinjarcsin(-а †-sini)-ip)). (2) г . п (%)

n (, )

Так как п(ф) и п (3) являются величи" может "регулироваться" с помощью вы0 нами, монотонно убывающими в области бора угла(. При соответствующем выбоHopMaHsHoH дисперсии, а п(9)п (ф), 15 ре значения (f W(%) будет. величиной,.: пФ(Ъ) котоРая при изменении Я изменяется отношение — — — представляющее собой, отношение, пр д значительно медленнее, чем и случае относительный показатель преломления плоскопараллельного окна, т.е. когда растворителя относительно материапа (=0. В качестве критерия -выбора значеклинового окна, будет монотонно воз- 20 ния угла Ц возьмем равенство углов растать с увеличением длины волны. .: выхода луча для минимальной и максиВ выражении для.М(Я) имеется произве- мальной длин волн генерации заданного дение монотонно убывающей величины - диапазона перестройки длины волны, п(Я) и монотонно возрастающей величиПАЛО) .: ° 1 25 ны . sin;arcsin() si ni) -Qg, которая п(ф ) sin(arcsin(sini)-(=п(% ) sin(arcsin(- — — sini)-(P . пу(й ) .. Г ° пЕ(Ь) п(а) = 2 п(4)

Учитывая малость угла(3 = ным в радианной мере. Тогда нахожце-пр(Я) .. }: . 30 ние Ч) значительно упрощается, а

= ardsin(-- sini)g), можем замеч;: п(Я) 3

° ° ° именно: йить его синус самим углом, выражен -, п(ф ) arcsin(— -зим) )=п(ф )parcsin(— — зип)-С . пе(фс) .. 6» Г . ny (Яа)

n(F, J (Я)

Отсюда получается выражение (I) " =656 нм, получаем, что в предлагаедля ц) ° Посмотрим, КаК изменяется угон мом устройстве угол выхода И(Я) луча

И(ф) при перестройке длины волны от из устройства изменяется на два по-,. ф, 589 нм до9 =65б нм в предлагаемом рядка меньше. Таким образом, в данустройстве если i=15, в качестве,40 ном конкретном случае, предлагаемое

Растворителя используется метиловый устройство .позволяет повысить стаспирт, а клиновое окно выполнено из бильность пространственного положекварцевого стекла. 3начение угла Ц(ф) ния луча генерации на два порядка. для Конкретного случая может быть; Изготовлен лазер, содержащий равопределено по Йормуле (2) при условии 45 нобедренную прямоугольйую треугольную выбора уЫла () на основании выраже- призму из кварцевого стекла, одна из ния (Х), катетных боковых граней которой наАйалйз полученных данных показыва-, ходится в контакте с кюветой с растетр Что Ч(9) при изменении Я от 589 нм вором красителя. Контактирующая с до 656 нм "пульсирует" возле некоторо-50 Раствором грань призмы имеет размеры го среднего положения. Причем макси- . 30х30 мм, одно из оптических окон .мапьная амплитуда этих пульсаций сое — выполнено в виде клина с углами i= т)авляет ),У=3,1 "10 град. или 5,4Х =15Я . f =11О57 47+5 . Другое ок-(, Ф . )t 10 (рад. Сравнивая это значение для но выполнено в виде плоскопараплельб,Я со значением изменения угла выхо- 5 ной пластинки, плоскостЬ которой перда луча в случае плоско-параллельно- пендикулярна границе раздела призмаzo окна, где, как и в рассматривае- раствор ц оптической оси лазера. мом примере, i=15, растворитель Оптические окна кюветы изготовлены метиловый спирт, ф,=589 нм, % = из кварцевого стекла. На внешнюю

1 094 546 грань плоскопараллельного окна нанесено многослойное диэлектрическое отражающее покрытие, имеющее в области 580-670 нм коэффициент отражения

R 96-99Х. Использовались метанольные растворы красителей родамина С и оксазина 17, генерирующие в указанной выше области спектра. Возбуждение генерации красителей осуществлялось излучением 2-й гармоники лазера на алюмоиттриевом гранате (9>=532 .нм, Рз 350 кВт). Стабильность пространственного положения луча генерации . .определялась фотоэлектрически методой сканирования по диаметру пятна s дальней зове с помощью фотодиода ФД

27 К. Проведенные измерения показали, что максимальное отклонение луча при перестройке длины волны от 590 нм до

660 нм составляло 0,0003

По сравнению с прототипом йредлагаемое устройство обладает следующими основными преимуществами: позволяет повысить стабильность . пространственного положения луча генерации в 100 раз за счет компенса- ции угловой дисперсии жидкостной призмы из раствора красителя в кювете угловой дисперсией клинового окна кюветы. Такой лазер позволяет произво-, дить 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 благоприятные условия для автоматизации проводимых измерений и повышает производительность труда; возможность совмещения отражателя с поверхностью внешней грани плоскопараллельного окна упрощает конструк20 цию и уменьшает ее габариты (в этом случае не требуется механизма юстировки отражателя). Отсутствие подвижного элемента (отражателя) приводит к по.вышению виброустойчивости POC-лазера

25 и,.следовательно,к повышению точности проводимых с его помощью измерений.

1094546 у/!

/) ! ((F г 7

/ !!!!!

/

/ у / у /. Редактор М.Ленина . Техред М.Дидык Корректор :Л.ПатайЗаказ 344Q Тираж 299 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101