Лазер на растворах органических красителей

 

ЛАЗЕР НА РАСТВОРАХ ОРГАНИЧЕСКИХ КРАСИТЕЛЕЙ по авт.св. № 740098, отличающийся тем, что, с целью уменьшения угловой расходимосгти и увеличения угловой яркости генерируемого излучения, в него введены оптически связанные между собой линза и зеркало с отражающим покрытием, расположенные по разные стороны от выходных окон кюветы, с раствором органического красителя, причем отражающая поверхность зеркала совпадает с фокальной плоскостью линзы, а главная оптическая ось линзы совпадает с осью пучка генерации. S СО СО СП 42

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН з(ю Н 01 S 3/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (61) 740098 (21) 2984650/18-25 (22) 12.09.80 (46) 30.07.84. Бюл. №- 28 (72) А.Н.Рубинов и Т.Ш.Зфендиев (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт физики АН БССР (53) 621.375.8(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 740098, кл. Н 01 S 3/20, 1978 (54) (57) ЛАЗЕР НА PACTBOPAX ОРГАНИЧЕСКИХ КРАСИТЕЛЕЙ по авт,св № 740098,,. SU„„99005 отличающийся тем, что, с целью уменьшения угловой расходимос.— ти и увеличения угловой яркости генерируемого излучения, в него введены оптически связанные между собой линза и зеркало с отражающим покрытием, расположенные по разные стороны от выходных окон кюветы, с раствором органического красителя, причем отражающая поверхность зеркала совпадает с фокальной плоскостью линзы, а главная оптическая ось линзы совпадает с осью пучка генерации.

990054

15 генерации.

ia фиг.1 представлена оптическая схема лазера, на фиг.2;3,4 — схема хода лучей в лазере.

Оптическая схема лазера содержит светоделитель 1, отражающие зеркала ?.1 и 2.2, кювету 3 с раствором ор — àíè÷åñêîãî красителя, оборачинающую призму 4, зеркало 5 с отражающим покрытием, линзу 6.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть применено при разработке лазеров, исг ользуемых для зондирования атмосферы и водных поверхностй, в биологии, медицине. 5

По основному авт.св. Н - 740098, известен лазер на растворах органических красителей, который содержит кювету с раствором органического красителя светоделитель, установленный на пути лучка излучения накачки и разделяющий этот гучок на два самостоятельных пучка. На пути одного из разделенных пучков установлено отражающее зеркало, на пути другого пучка — оборачивающая Призма и за ней другое отражающее зеркало 1 7.

После отражения от зеркал двапучка накачки падают под углом друг к другу на поверхность раствора кра- 20 сителя, находящегося в кювете. Кювета размещена на таком расстоянии от отражающих зеркал, что поверхность находящегося в ней раствора красителя совпадает с плоскостью расположения точек пересечения отраженных зеркалами лучей.

Недостатками такого лазера являются большая угловая расходимость и малая угловая яркость генерируемого 30 излучения.

Целью изобретения является созда— ние лазера на растворах органических красителей с распределенной обратной . связью, обеспечивающего получение генерации излучения с малой расходимостью, высокой угловой яркостью и повышенным энергосъемом.

Поставленная цель достигается тем, что в лазер на растворах органических 40 красителей введены оптически связанные между собой лииза и зеркало с отражающим покрытием, расположенные по разные стороны от выходных окон

KtoBeты с раcTBQpoM oprанического 4 красителя, причем отражающая поверхность зеркала совпадает с фокальной плоскостью линзы, а главная оптическая ось линзы совпадает с осью пучка

Устройство работает следующим образом.

Пучок излучения накачки при помощи светоделителя 1 пучка делится примерно на две равные части. Одна часть пучка накачки падает непосредственно на отражающее зеркало 21, другая часть пучка накачки сначала проходит через оборачивающую призму 4, а затем попадает на отражающее зеркало 2,2. После отражения от зеркал 2.1 и 2.2 два пучка накачки падают под углом 28 друг к другу на поверхность, кюветы 3 с раствором красителя, создавая в нем амплитуднофазовую периодическую пространственную решетку. Эта пространственная решетка обеспечивает условия для возбуждения оптической генерации с узкой линией излучения, перестраиваемой в широком спектральном диапазоне.

Благодаря использованию оборачивающей призмы 4 пространственная решетка в активной среде формируется прямыми фронтами пучков накачки.

Это позволяет получать узкую линию генерации без возбуждения суперлюминесценции.

Излучение генерации выводится через оба окна кюветы в противоположные стороны. По одну сторону кюветы на пути одного из пучков генерации располагается линза 6 с фокусным расстоянием f, причем главная оптическая ось линзы совпадает с осевым лучом пучка генерации. По другую сторону кюветы располагается зеркало 5, отражающая поверхность которого совпадает с фокальной плоскостью линзы 6. Зеркало 5 располагается на таком расстоянии от кюветы 3, чтобы время прохождения излучения от кюветы 3 до зеркала 5 и обратно было гораздо меньше длительности импульса накачки.

При формировании в растворе пространственной решетки поле генерации локализовано в пучностях стоячей волны генерации. Это не позволяет использовать инверсную заселенность во всем объеме активной среды. С помощью зеркала излучение, выходящее из одного окна кюветы, отражается обратно в активную среду, при этом отраженное излучение проходит через возбужденный слой красителя как через усилитель, сбрасывая инверсию населенносз (90054 ф тей ьо всем объеме активной зоны и Отношение величин (!) и (4) дает: (/2 2 f.

8" (/2 (61

 =—

ЬЯ вЂ” световой поток, — площадь поперечного сечения лазерного пучка, Я вЂ” телесный угол, в котором распространяется световой поток.

В основном изобретении угловая яркость Ь определяется выражени1 ем

20 где Ф

9,/,— d/L . ф 41 ф

1-22=

Ф (.2 (21

Половинная интенсивность состав40 ляет мс!кс !

1/2 2 (,, Половинная расходимость лучей, отраженных от точки прохождения через линзу 6 с выражения (3), определяется ниел!

9 пучка

A 45 учетом соотноше16(L 12Ф

2 Л.Е2а2

q((г (&1 (! 2 T(2 с, 4 а — (4)

1(2 21

Отношение величин б и 6„ дает:

2 (() 2(1 2

Полный угол расходимости на уровне !! половинной интенсивности 9

Из фиг.4 видно, что величина („„ . В этом случае из (9) вытекает, что наименьшее значение величины 82, которое получается при

9 =291 =Д (/2 (/2 (5l увеличивая при этом съем энергии.

Схема хода лучей представлена на фиг.2 и 3, где (, — длина кюветы; 5 „ — расстояние от зеркала до противоположного окна кюветы, !,с(— соответственно радиус и диаметр излучающей зоны; (0

Š— фокусное расстояние линзы;

Y(gl — угол, в котором лежат отраженные лучи;

9 (ч — расходимость пучка лучей. 15

Расходимость 9 на уровне половинной интенсивности излучения лазера на растворах органических красителей основного изобретения определяется соотношением

Возьмем произвольную точку А на поверхности зеркала 5 (фиг.2), находящуюся на расстоянии у от точки 25 пересечения осевого луча генерируемого излучения и плоскости зеркала.

Поверхность зеркала 5 в этой точке освещается падающим на нее излучением и отражает его. Через З0 возбужденную зону пройдут только те из отраженных лучей, которые лежат в пределах угла Ч(у)

При этом интенсивность излучения будет равна

35 (Отсюда видно, что величина 9„/2 всегда больше всличины 8, так как ! ( в изобретении величина 2 f не может быть меньше (.

Рассмотрим угловую яркость излучения в-основном и дополнительном изобретениях. Угловая яркость 6 излучения определяется как величина светового потока, протекающего через единицу сечения внутрь единичного телесного угла:

Схема хода лучей в дополнительном изобретении приведена на фиг.4, где и — диаметр сечения пучка гене-! рации на поверхности линзы 6, 8 расходимость пучка генерации, падающего на линзу б.

Обозначим угловую яркость излучения в дополнительном изобретении ,1еРез Q2 °

Тогда, с учетом выражений для б, 9, Q., для угловой яркости Ь данного лазера получаем:

990054 -2

8 (L o рс д;

3 в 4 раза превышает значение величины B

В качестве источника накачки лазера использовалось излучение второй гармоники лазера на алюмо-иттриевам гранате (Л„ = 532 нм). Активной средой служил этанольный раствор родамина 6Ж. Длина активной среды составляла 1 см, диаметр сечения излучающей зоны 0,01 см. Использовалась линза 10 с фокусным расстоянием 6 см. РасстояI ние от зеркала 5 до противоположного окна кюветы 3 составляло 2 см.

В этих условиях для расходимасти

15 получены следующие значения: а) основное изобретение: б) дополнительное изобретение: и а -3

fit 2f

Видно, чта расходимость пучка излучения в дополнительном изобретении на порядок меньше, чем в основном изобретении.

Для отношения угловых яркостей имеем B2(6„= 16, т,е. в дополнительном изобретении угловая яркость излучения в 16 раз больше, чем в основном изобретении.

Таким образом, использование в изобретении оптически связанных линзы и зеркала с отражающим покрытием позволяет существенна уменьшить угловую расходимость, увеличить угловую яркость генерируемого излучения и съем энергии.

ВНИИПИ Заказ 5524

Тираж 591 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4