Способ генерации в лазерах на растворах органических соединений

(21 (22 (46 (71 бед (72 3653091/24-25 19.09.83 23.05.86. Бюл Физический ин а 19титут им.П,Н Могсоп К.С.грея ае йаг 1 сглупея - 1.аяегУ 10, р.12.1. А ге 11 аЬ 1 е1 аяег. 1 ЕЕЕ,сггогнся. 197 1 цеогяеРооцг 1(1+2 б И 1-2) 1 обо Ио о о) + к М сс 1ооо рич пор а п,о/,ть воэ лоем рабочего его в раствор ывать под дей отохимическое ладаю вещества, способно испы плотнос гента в молекулстворе,срабочих ием света накач а 3Утиос эрачныи для сви выбором сости условий его астлекул к воре, с - ширина - пороговнакачки асите-з,Уоны в озбуждени енсивност с ют замену во я инт смностьвещества путе фотохимическог процессе нозбу больше 10 м/с. источинтенси а накачки, с ОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИД(56) Пгаддоо /.С,8 гееп Йуе 1 аяег ещеЕог 1 дпкя го яцЬщасця. 1980, ч. 17,1 егЬта 1, ег аачегаяе роътег ануепа 1 о 1 Чцапгцщ Е 1 еЯЕ, р. 119.(54) (57) 1. СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ В ЛАЗЕРАХ НА РАСТВОРАХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, включающий заполнение лазерной кюветы раствором рабочеговещества, возбуждение и замену рабочего вещества в зоне оптическоговозбуждения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличенияКПД генерации и выходной энергии лазера, а также уменьшения расходимостигенерируемого излучения, лазерную кювету заполняют оптически толстым преобразование в про та накачки продукт, ва рабочего вещества озбуждения осуществбуждаемого рабочего перемещения границыпреобразования в ждения со скоростью 2, Способ по п, 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что кювету заполняют раствором красителя с реаген том иэ группы ненасыщенных углеводородов прерывающих при фотохимической реакции и -электронную цепь молекулы красителя, и осуществляют заменуФ возбуждаемого рабочего вещества путем перемещения границы фотохимического преобразования в процессе возбуждения со скоростью, определяемой из соотношенияпо,о 1 с М=--- У,о ороговая плотносенных молекул краситеоне генерации, см ,онстанта скоростиотохимической реакциим /с;1233236 Продолжение таблицы Реагент 1,4-Дисте- рилбензол Краси,4 - Дифетель нилбута- диен Стильбен К 102 3,31 О 1,24+0 1 К 120 1,6 0,025 К 153 К 314 3242,5 0,7 Имитрин0,9 0,012 2 С1,4-Ди- стерил- бензол Реагент Краситель 1,4-дифенил- бутадиен 4,0 3,3 К 2 6,3 0,431,0 7,3+0,7 5,0Кб К 7 12,5 КЗО 0,24 К 47 б,7+0,6 где 7 - время жизни возбужденноймолекулы красителя, с;6, - сечение поглощения потоканакачки молекулами краситесм .3. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что кювету заполняют раствором красителя, способного к фотоиэомеризации, 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 веществе 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 (точнеевеличин КГ, гце /Ъвремя жизни возбужденной молекулы красителя, с) для растворов органических соединений с реагентомв при комнатной температуре (20 С). Данные измерений К 7 (10 " см) сведены в таблицу. 1,4-Дифе- Стильбен 1,4-Дистенилбута- рилбенэол диен ческого преобразования в процессевозбужде.ния со скоростью, определяеи (1-2)мой из соотношения у = - - --- 11У причем пИ и 1 12 ="Р о пор, оф12. 1 боИо-- (1+2 2 п --- . -- )о оПОРгде (1- ) - вероятность изомеризациивозбужденной молекулыкрасителя за время ,Ч 1 р и м е р 1, В темноте при комнатной температуре (20 С) приготавливают раствор красителя кумарин б3 12332363,42 10 см ) . В темноте раствор заливают в прямоугольную кварцевую лазерную кювету размером 1 х 1 х 2 см. Зеркала лазерного резонатора с коэффициентами отражения В, = 1 и К = 5 = 0,13 в полосе поглощение 520+10 нм вплотную прилегают к двум противоположным боковым граням кюветы размером 1 х 2 см. Перпендикулярно к грани размером 1 х 1 см в кювету вводят 10 направленный. световой поток накачки на длине волны 440 нм (3-я гармони. ка лазера на атомарном йоде) с интенсивностью Ео = 10 см" с . Сечение поглощения света накачки молекулами красителя б = 10 см, Излучательное время жизни возбужденных моле кул 7 = 3 10 с. Константа скорости реакции обесцвечивания возбужденных синглетных молекул кумарина 6 с 1,4-Дифенилбутадиеном,согласно табличным данным равна К =- 243 10- см с ,Согласно предлагаемому расчету при указанных параметрах получают следующие данные: ширина зоны возбуждения У = 1,2 см; скорость перемещения границы фотохимического преобразования ч = 10 см/с; время за-.7мены вещества в зоне оптического1возбуждения кТ = - = 20 нс КПД геуЭ нерации = 107 (для известного способа 1 Е), 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. Расходимость10 4 (для известного способа - 10 ). Таким образом, предлагаемый способ генерации позволяет осуществлять замену возбуждаемого рабочего вещества в лазерах на растворах органичес" ких соединений со скоростями значитеяьно больше 10 м/с (например 10 м/с), т.е. за несколько микросе. -П р и м е р 2В темноте при комонатной температуре (20 С) приготавливают раствор красителя кумарин 6 (К 6) с концентрацией И = 107 см- в диэтиловом эфире в смеси с 1,4-Ди. фенилбутадиеном при концентрации И = - 3,42 10 щ см. В темноте раствор заливают в стеклянную лазерную кювету диаметром 10 см и. длиной 50 см. На боковую стенку кюветы.в полосе поглощения кумарина 6 (380-480 нм) подают световой поток с интенсивностью Е = 310 см- с(свет открытого сильноточного разряда с температурой Т = 30000 К). Среднее по полосе К 6 сечение поглощения на- . качки б = 10 см. Излучатедьное время жизни возбужденных молекул 15 20 25 30 35 40 45 50 7 = 3 10с. Константа скорости реакции обесцвечивания, согласно табличным данным, равна К = 2,43 10" см/с.Согласно расчету получают следующие данные: ширина эоны возбуждения 1, = 0,82 см, скорость перемещения границы ч = 1,36 10 см/с; время замены вещества в зоне оптического возбуждения ь= 6 мкс, КЛД генерации 37. (известного способа 1 Е), энергия генерации увеличивается в 3 раза, расходимость равна 310 (для известного способа - 10 ).П р и м е р 3. В темноте приготавливают раствор 1,4-Дифенилбутадиена (с концентрацией молекул 10 см-) в гексане. В темноте раствор заливают в прямоугольную кварцевую лазерную кювету размером 1 х 1 х 2 см. Зеркала лазерного резонатора с отражением В., = 1; В. = 0,13 в полосе 375+10 нм вплотную прилегают к граням кюветы размером 1 х 2 см. Перпендикулярно к боковой незанятой зеркалом грани кюветы 1 х 2 см подают излучение накачки на длине волны 347 нм (2-я гармоника излучения рубинового лазера) с интенсивностью 1 = 10 ф смс.1Сечение поглощения накачки б- /6о1,25" 10 см . Пороговая плотностьМ. 6 возбужденных частиц и, = 10 см , Время жизни возбужденных молекул с,0,48 нс;= 0,3 1, Под действием света накачки молекулы 1,4-Дифенилбутадиена меняют исходную транс-форму на цис-форму, которая не флуо- . ресцирует и обладает сечением поглощения накачки, в 6,5 раз меньшим 6 = 1,9 10 см.Согласно предлагаемому расчету. получают следующие данные: ширина зоны возбуждения 2 =. 0,5 см, скорость замены активного вещества ч = - 2,5 10 см/с; время замены вещества в зоне оптического возбуждения д = 2 нс, КПД генерации 152 (для известного способа 17); выходная энергия генерации увеличивается в 15 раз; расходимость генерируемого излучения 5 10 (для известного способа 10 ).1233236 Составитель Е. КуприяноваРедактор О. Бугир Техред М.Ходанич Корректор Л. Патай Заказ 2779/55 Тираж 597 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие,г,Ужгород,ул,Проектная, 4 кунд, что обеспечивает увеличение КПДгенерации, по крайней мере в несколько раз и приводит к увеличению вы-ходной энергии лазера, а также уменьшается расходимость генерируемогоизлучения в 3-10 раз