Лазерное вещество

Изобретение относится к лазерным веществам на основе органических красителей в полимерной матрице и может найтиприменение в лазерной технике для изготовления активных элементов перестраиваемых лазеров.Цель изобретения - повышение генерационной фотостабильности,1-М, й-гентаметилен-бензоилтиомочевина - новое органическое вещество и вкачестцр.добавки к лазерным веществам неиспользовалось, Получают 1-й,й-пентаме: тилен-бензоилтйомочевину взаимодействием бензоилизотиоцианата и пиперидинапри кипячении в среде органического растворителя.П р и м е р получения добавки. Дляполучения 1-К,М-пентаметилен-З-бензоилтиомочевины готовят раствор бензоилтиоцианата, для чего 7,7 г (0,05 моль) бензоилхлорида смешивают с 6,4 г (0,66 моль)роданита калия в 30 мл абсолютного бензола, Этот раствор кипятят при перемешивании 2 ч, добавляют 4,2 г (0,05 моль)пиперидина, Через 1 ч реакционную смесьвыливают в соляную кислоту, разбавленнуюводой в соотношении 1:1, Выпавшие белыекристаллы отделяют и перекристаллизовывают из этанола.В качестве растворителя вместо бензола может быть использован толуол, Характеристики получаемого вещества аналогичны,Выход продукта 85-88%. Температураплавления 125 С.Структуру данного соединения подтверждают ИК-спектры и результаты элементного анализа. В ИК-спектрах наблюдается интенсивная полоса при 1670 см(ус=0) и полоса при 3160 см (дан). Найденные значения элементного анализа и мол,массы совпадают с вычисленными значениями.Вычислено, %: С 62,90, Н 6,45, М 11,29,Я 12,90, ММ 248Найдено, %: С 63,08, Н 6,41, й 11,35,3.12,81, ММ 261Лазерное вещество получают радикальной сополимеризацией в массе метилметакрилата с метакриловой кислотой вприсутствии красителя и добавки при использовании в качестве инициатора реакциисополимеризации азодинитрила изомасляной кислоты (0,1 мас.%).,Добавка 1-М,й-пентаметилен-З-бензоилтиомочевины, как и краситель, вводится всостав лазерного вещества в процессе егополучения путем растворителя в исходноймономерной смеси.установлено, что химического взаимодействия 1.И,И-пентаметилен-З-бензоилтиомочевины с сополимером и красителем непроисходит,Лазерное вещество представляет собойокрашенное в красно-оранжевый цвет орга-5 ническое стекло,Приводим примеры конкретного выполнения с использованием следующих сокращений:ММА - метилметакрилат10 МАК - метакриловая кислотаАДН - азодинитрил изомасляной кислотыП БМ - 1-й,й-пентаметилен-З-бензоилтиомочевина15 ГМБ - 2-гидрокси-метоксибензофенонП р и м е р 1. Для получения лазерноговещества берут 0,005 г (0,010%) красителя -родамина 6 Ж и 0,005 г ПБМ (0,01%), раство 20 ряют в смеси 4,9975 г МАК и 44,9775 г ММА(соотношение ММА:МАК=90:10); добавлярот0,05 г инициатора - АДН (0,1% от массыисходной мономерной смеси). После растворения АДН смесь отфильтровывают, по 25 мещают в круглодонную колбу с воздушнымотводом и нагревают на водяной бане до60-70 С. Образовавшуюся вязкую смесь заливают в плоскопараллельные формы из силикатного стекла и помещают в термошкаф30 с температурой 45 С, После затвердевания(проверяется шилом) температуру повышают до 60 С, выдерживают при этой температуре 3 ч, затем температуру поднимают до80 С, также выдерживают 3 ч, Затем осуще 35 ствляют выдержку при 100 и 120 С соответственно в течение 2 и 4 ч. После охлаждениядо комнатной температуры формы разнимают, из них извлекают образцы,П р и м е р ы 2 - 57 выполняются анало 40 гично примеру 1, отличаются концентрацией красителя, ПМБ и соотношениемММА;МАК,П р и м е р ы 58 - 60. Для получениялазерного вещества в качестве прототипа45 (оптимального состава) выполняются операции аналогично примеру 1, но вместо добавки ПБМ берется добавка ГМБ.Состав полученных лазерных веществприведен в таблице. В этой ке таблицепредставлены результаты исследованияспектральных и генерационных характеристик заявляемого лазерного вещества и прототипа, а именно, значения коэффициентаэкстинкции ( е ), длины волны максимума55поглощения Я 3), эффективности преобразования излучения накачки (ц) и генерационной фотостабильности (И),Значения Я и г, определялись поданным спектров поглощения, которые ре 1820809510 15 20 25 30 35 40 ладают необходимым комплексом физико- механических и оптических. свойств, При изменении данных соотношений, например, в сторону уменьшения концентрации 45 МАК менее 10 мас,о , резко снижаются физико-механические и другие эксплуатационные показатели (твердость, теплостойкость и т,п.) При увеличении концентрации МАК свыше 15 мас.орезко уменьшается коэф фициент светопропускания сополимера.Поэтому сополимеры с концентрацией МАК, выходящей за пределы 10-15 мас.о , нецелесообразно использовать при получении лазерного вещества.55 Как показали исследования, описанное,лазерное вещество отличается от прототипа и более высокой термостойкостью: темпера тура его разложения 275 - 280 С, что на 30-40 Свыше температуры разложения прототипа. гистрировались на спектофотометре СФ - 18 с использованием образцов толщиной 1 мм,Для исследования генерационных свойств использовалась квазипродольная схема накачки излучения второй гармоники лазере на АИГ: М (Л=532 нм, си =12 нс) с частотой следования импульсов 1 Гц и энергией 4,5 мДж. При этом образцы помещались в резонаторе длиной 12,5 см с двумя зеркалами с коэффициентами отражения й 1- 99 ои 82=200 . Определялась эффективность преобразования излучения накачки (д), а также генерационная фотостабильность как количество импульсов (К) до снижения энергии генерации вдвое, Погрешность измерений не превышала 13 о .Из данных таблицы следует, что как для предлагаемого лазерного вещества, так и для прототипа длина волны максимума поглощения Л; красителя 533-534 нм, а значения коэффициента экстинкции е предлагаемого лазерного вещества несколько выше, чему у прототипа, Достигнутая эффективность преобразованияв случае предлагаемого вещества с концентрацией ПБМ 0,01 - 0,75 мас. Ои концентрацией красителя 0,010 - 0,015 мас.о(соотношение ММА;МАК в мас.о 90:10; 87,5:12,5 или 85:15) - примеры 1 - 3, 12 - 15, 18 - 21, 36 - 38, 41 - 43, 46 - 49, 52-55 составляет 20 - 27 о , в случае же прототипа (примеры 58 - 60)не превышает 20 о . Генерационная фотостабильность предлагаемого лазерного вещества И=1470 - 3090 имп., что в 3 - 20 раз больше й прототипа.Приведенные в таблице данные относятся к лазерным веществам, полученным при концентрации инициатора АДН 0,1 мас,о , которая является оптимальной для проведения процесса синтеза и получения лазерного вещества с заданным комплексом эксплуатационных показателей. При этом необходимо отметить, что возможно изменение концентрации инициатора в пределах 0,08 - 0,12 мас. Обез существенного изменения кинематики процесса синтеза и эксплуатационных показателей получаемого лазерного вещества. Уменьшение концентрации АДН менее 0,08 мас.озаметно снижает скорость процесса синтеза, приводит к фотообесцвечиванию красителя за время реакции, Увеличение концентрации АДН более 0,12 мас.оприводит к снижению мол, массы получаемого сополимера, что отрицательно сказывается на его физико-механических характеристиках. Свойства лазерного вещества, полученного при изменении концентрации АДН в пределах 0,08-0,12 мас.%, практически не отличается, поэтому в таблице приведены лишь данные, касающиеся лазерного вещества, синтезированного при концентрации инициатора 0,1 мас.%.В таблице приведены свойства лазерного вещества в зависимости от его состава: представлены данные, полученные при граничных и средних концентрациях красителя в мас.о : 0,0105; 0,0125 и 0,015, а также данные, выходящие за границы вышеуказанного оптимального диапазона, т,е, 0,005 и 0,020 мас,% (см, примеры 4, 5, 24 - 35, 39, 40, 44, 45). При этих концентрациях красителя эффективность преобразования д лазерного вещества очень низкая, поэтому использовать лазерное вещество с вышеуказанной концентрацией красителя в перестраиваемых лазерах нецелесообразно,Достаточно полно в таблице приведены свойства лазерного вещества, отличающегося и концентрацией добавки ПМБ, варьируемой в интервале 0,01-0,75 мас,(включая средние значения), который является оптимальным для достижения положи. тельного эффекта, При концентрациях ПМ 6, равных 0,005 и 0,80 мас.6, выходящих за пределы оптимального диапазона (см.примеры 10, 11, 16, 17, 22, 23, 50, 51, 56, 57),положительный эффект отсутствует: генерационная фотостабильность данных лазерных веществ находится на уровне прототипа.Как видно из таблицы, при получении лазерного вещества изменялось и соотношение мономеров ММА:МАК, В таблице приведены данные для оптимальных соотношений ММА:МАК, равных 90;10; 87,5;12,5 и 85:15 мас, о . Соотношение 87,5:12,5 является средним. При указанных соотношениях ММА и МАК синтезируемые сополимеры об1820809 Состав и свойства лазерного вещества Примеры Кон центрация красителяДобавКонцен- трация Соотношец,% М, имп. л/мольсм ние 0,010 ПБМ 0,010 90:10 1 2 3 4 7,56 533 1540 0,0125 То же То же То же 7,68 533 533 533, 534 21 20 12 1610 Н 0,015 Н 7,90 Н 1580 0,005 Н Н 6,13 Н 0,020 Н Н 6,08 13 0,10 0,010 Н 7,67 Н 533 20 25 27 1470 0,35 0,50 То же 8,32 534 534 2940 Н Н Н 9,18 3090 Н Н 0,75 8,33 Н 534 1790 0,005 0,80 сг 6,05 6,21 Н 533 533 533 533 20 20 21 420 Н Н Н 430 0,0125 То же Н 0,10 Н 7,74 1490 13 Н 0,35 Н 7,96 24 2960 Н 0,50 Н 8,97 Н 534 534 533 26 25 3070 Н Н 0,75 Н 9,03 1800 16 Н 0,005 Н Н 6,64 20 350 Н Н 0,80 Н 6,84 534 20 410 90 18 19 20 0,015 То же 0,10 7,98 533 533 534 20 25 1540 То же 0,35 10 8,51 2890 Н Н Н 0,50 9,32 3070 Н Н 0,75 Н 9,10 534 25 21 1810 Н 22 0,015 0,005 Н 7,70 534 534 533 533 370 Н Н 0,80 8,15 Н 20 390 0,005 Н 0,10 Н 5,25 10 0,35 Н То же Н 5,51 Н 0,50 Н 5,72 Н 0,75 Н 5,89 Н Н Н 0,005 5,11 10 Н Н и 0,80 5,61 1112 Н Н Н 0,10 0,020 Н 0,35 8,34 Н 13 13 То же 9,17 Н Н 0,50 23 24 25 26 27 28 29 ЗО 31 32 Состав лазерного вещества, мас,% добавки ММА:МАК Свойства лазерного вещества 534 534 533 534 533 533 53310 1820809 Продолжение таблицы ПриСвойства лазерного вещества мерыКонцентрация кра- сителя ДобавКонцентСоотношей, имп,максА нм ог, нм ние л/моль см ка рация добавкиММА:МАК 0,75 ПБМ 8,27 8,10 Вт 75 8,18 8,42 8,70 7,74 8.81 90:10 То же 0,005 То же 0,80 1540 1540 1490 1560 85:15 0,010 0,010 0,0125 То же То же 0,015 0,005 0,020 Ф 87,5:12,5 То же1550 1520 1580 0,010 0,0125 0,015 0,005 Ф 0,020 85:15 0,10 0,35 0,010 85:15 0,010 0,50 То же То же 0,75 0,005 Н 0,80 0,10 87,5:12,5 0,010 0,35 0,50 0,75 87,5:12,5 ПБМ 0,010 0,0050,80 Прототип 90:10 ГМБ 0,10 0,50 1,00 ЗЗ 34 35 36 37 ЗВ 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 Состав лазерного вещества, мас. 8,22 8,77 8,81 8,90 8,94 8,27 8,00 8,95 8,71 8,16 8,45 8,19 9,01 8,85 8,40 8,08 8,91 6,68 7,08 6,80 534 534 533 533 533 533 533 533 533 533 533 533533 533533 534 534 533 534 533 533 534 534 533 534 533 534 534 13 11 20 20 20 22 13 16 20 20 20 12 11 20 23 24 23 21 20 20 24 25 22 20 20 18 20 20 1480 2500 2580 1720 450 390 1470 2880 3010 1700 270 360 140 500 4901820809 Составитель Й. СероваТехред М.Моргентал Рецактор С. Кулакова Корректор М, Самборская Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Заказ 83 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Формула изобретения ЛАЗЕРНОЕ ВЕЩЕСТВО, содержащее органический краситель родамин 6 Ж, сополимер метилметакрилата с метакриловой кислотой и добавку, отлифаюшееся тем, что, с целью увеличения генерационной фотостабильности, соотношение метил метакрилата и метакриловой кислоты составляет 90: 10;87,5: 12,5 или 85: 15 мас,%, а в качестве добавки оно содержит 1 - й, -пентаметилен-бензоилтиомочевину при следующем соотношении ингредиентов, 5 мас %Родамин 6 Ж 0,010 - 0,015, Сополимер метилметакрилата с метакриловой кисло 99,235 - 99,98 10 1-й, М-пентаметилен-бензоилтиомочевина 001 - 075