Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Прогресс в развитии мощных перестраиваемых лазеров на растворах органических соединений в значительной степени обязан появлению в конце 70-х годов мощных ультрафиолетовых источников возбуждения - электроразрядных эксимерных лазеров. Оіги обладают уникальными параметрами возбуждающих импульсов: высокой мощностью излучения, высокой энергетичностью кванта, крутизной переднего фронта импульса и т.д. Возможность достижения высоких скоростей повторения импульсов в эксимерных лазерах делают их перспективными для накачки лазеров на красителях. Лазеры на растворах оргашгческих соединений широко используются в научных исследованиях: в области спектроскопии, нелинейной оптике, фотохимии, биологии и медицине, разделении изотопов, зондировании моря и атмосферы (сине-зеленый диапазон). Импульсные лазеры на красителях с когерентной накачкой генерируют лазерное излучение в широком диапазоне от ближнего УФ диапазона (320 нм) до ближней ПК области спектра (1200 им). Уникальность их заключается в возможности получения узкой линии (доли пикометра) в широкой непрерывной области спектра излучения (до 50 нм). В этом случае внутрь резонатора помещаются дисперсионные элементы: дифракционные решетки, интерференционные фильтры, эталоны Фабри-Перо и др., при этом пространственная когерентность и расходимость могут быть близки к теоретическому пределу. По плотности мощности в импульсе лазеры на красителях стоят в одном ряду с лучшими лазерами, их пиковая мощность достигает 100 МВт, при энергии в импульсе в несколько джоулей. Лазерные системы с накачкой эксимерными лазерами, обеспечивающие получение излучения в сине-зеленом диапазоне спектра, имеют пиковую мощность, большую, чем с Y AG-накачкой в 3 раза, среднюю мощность, большую в 5 раз, и поэтому они широко используются в ДПР-лндарах.
Начало данной работы относится к 1980 году, когда в Институте сильноточной электроники СО АН СССР г.Томска при участии автора были созданы первые эксимерные лазеры. Дальнейшая работа автора была направлена на создание эксимерных лазеров, генерирующих излучение на различных длинах волн (KrF*- 248 нм, KrCl*- 222 нм, ХеС1*- 308 нм и др.) с различной энергией, формой и длительностью импульса, а также их использования для накачки растворов органических соединений.
ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является.
разработка, создание и исследование электроразрядных эксимерных лазеров для накачки органических соединений;
исследование особенностей генерации органнчесигх соединений при возбуждении их излучением эксимерных лазеров;
- создание мощных лазерных систем на их основе.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА заключается в следующем:
- показана принципиальная возможность получения генерации траис-
стнльбена (тт = 10 не, Wll4K = 30-35 МВт/см2, Х1Ш = 308 нм);
найдены оптимальные условия возбуждения замещенного пара-терфенила в этанольном растворе (ЛОС-1) и экспериментально осуществлена его генерация с высоким КПД преобразования (~ 43%);
экспериментально установлена корреляция между изменением отношения длительности импульса генерации к длительности импульса накачки (Тт/тщ») и изменением протекающих фотопроцессов для разных классов красителей (ксантенов, кумаринов, оксазолов);
созданы кюветы (кювета-призма, кювета-конус), обеспечивающие высокую эффективность преобразования излучения эксимерных лазеров (авторские свидетельства №1533596, №1556495);
предложена схема лазера с использованием двух усилителей, выполненных в виде призм полного внутреннего отражения и задающего генератора, резонатор которого образован двумя дифракционными решетками, одна из которых работает в режиме скользящего падения, а вторая - в автоколлимационном режиме, и выходным зеркалом; такая схема позволяет преобраз. вывать излучение накачки с энергией накачки > 1 Дж (авторское свидетельство на полезную модель №251).
1. В УСЛОВИЯХ ВОЗбуЖДСНИЯ МОЩНЫМ КОРОТКИМ ИМПУЛЬСОМ ("Сши = 10 нс,
WHaK = 20-35 МВт/см2) ХеС1*-лазера (^ = 308 нм) возможна генерация транс-стильбена (Я = 350 нм) вследствие конкуренции провдеса вынужденного излучения в этих условиях с процессом транс-цис-изомеризации, приводящей к малой эффективности спонтанного излучения транс-стильбена (квантовый выход флуоресценции у = 0.05) и отсутствию его генерации.
2. В условиях возбуждения в максимум полосы поглощения (Х,щх = 308
нм) при плотности мощности возбуждения 10-25 МВт/см2 и оптимальном
отношении ширины зоны возбуждения к ее длине, равном 0.2, а также
минимизации потерь в канале триплетных состояний (т,1ах = 10-20 нс)
возможно осуществление генерации активной среды на основе этанольнэго
раствора замещенного пара-терфенила (ЛОС-1) с максимальным КПД в УФ
диапазоне спектра (43%, А^,, =375 нм).
3. Изменение отношения длительности импульса генерации к
длительности импульса накачки (tnJtm*) лазерных красителей различного
молекулярного строения коррелирует с изменением Ьлред, определяемого
совокупностью протекающих фотофизических процессов в молекулах:
для ксантеновых красителей (tnp^, > 500 нс) характерна незначительная деформация импульса генерации (тгс(/с1Ш = 0.9), что связано с оптимальной в генерационном отношении совокупностью фотопроцессов в них (в частности, малым Т-Т поглощением);
для красителей сине-зеленого диапазона спектра (кумарины) (Цед — 100 нс) наведенное поглощение и фстораспад приводят к большей деформации
импульса излучения (тГСц/тцах = 0.8);
- для красителей УФ-диапазона спектра (оксазолы) (11фСд ~ 30 не) сильная деформация импульса излучения (тга1/т1ШС = 0.3) вызвана влиянием сильного наведенного поглощения в канале трнплетных состояний; причем увеличение энергии импульса на порядок (30-300 мДж) приводит к уменьшению Тг^/тцш до 0.19.
-
Использование явления полного внутреннего отражения света (ПВО), а таюке фокусирующих свойств аксиконовых отражателей обеспечивает создание кювет мощных лазеров на красителях (кювета-призма, кювета-конус), способных преобразовывать излучение эксимерных лазеров с энергией в импульсе » 1 Дж с высокой эффективностью (больше 25%).
-
Максимальный КПД преобразования (18.8%) мощного узкополосного пазера на красителях (кумарин 2) (ДА < 0.01 нм), работающего в режиме задающий генератор - предуститель - усилитель (ЗГ-ПУ-У) (резонатор ЗГ образован двумя дифракционными решетками, одна из которых работает в режиме скользящего падения, в усилителях - кюветы-призмы полного зігутреннего отражения) реализуется при энергии импульса накачки > 1.5 Дж, длительности импульса т < 50 не, длительности переднего фронта < 10 не, Течении пучка выходного излучения 38 х 14 мм и расходимости вертикальной їлоскости й 1 мрад, в горизонтальной - 3 мрад.
ДОСТОВЕРНОСТЬ результатов работы подтверждается:
- воспроизводимостью результатов по получению генерационных
сарактеристик исследуемых объектов;
непротиворечивостью с результатами работ других авторов;
полученные результаты укладываются в представления о физических троцессах, протекающих в молекулах.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ заключается в следующем:
- созданы высокоэффективные (с КПД > 30%) и фотостабильные (10
^Дж/л) композиции на основе кумаринових красителей (К102, УК1, УК4,
С2), излучающие в сине-зеленом диапазоне спектра при накачке излучением
<еС1*-лазера;
получена генерация нового поколения красителей ближнего ИК щапазона спектра А^,, ~ 625-823 нм, имеющих высокий ресурс работы (до 1 ЛДж/л) при возбуждении мощным УФ излучением эксимерных лазеров (А= 108 нм);
разработаны высокоэффективные активные "среды ближнего УФ [иапазона спектра на основе пара-терфенила, генерирующие в этаноле с КПД 40% при накачке ХеС1*-лазером;
- разработаны и созданы мощные перестраиваемые лазеры на красителях
МЖЛ-01 и МЖЛ-03) с энергией в импульсе 3.2 Дж, ДА = 0.1 нм ( МЖЛ-01);
энергией в импульсе 200 мДж, ДА = 0.01 нм ( МЖЛ-03)при накачке ХеСі*-азером.
АПРОБАЦИЯ ДИССЕРТАЦИИ. Результаты работы доложены на всесоюзных и международных конференциях: Всесоюзном совещании «Инверсная заселенность и генерация на переходах атомов и молекул» г.Томск, 1986г.; Всесоюзной школе-семинаре «Лазерное и спектральное приборостроение» г.Минск, 1986г.; Международной конференции «Перестраиваемые лазеры» Байкал, 1989г.; VI Всесоюзной конференции "Органические люминофоры и их применение в народном хозяйстве" Харьков, 1990г.; Совещании по лазерному современному приборостроению, С-Пстербург, 1991г.; Международной конференции "Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул", Томск, 1992,1995,1997гг.; Intem.conference "Laser's'94" Canada; Международной конференции по лазерной физике и спектроскопии, г.Гродно (Беларусь) 1995г.,1997г.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Диссертация изложена на /,'>&С~страницах, содержит /Р«- рисунков, /' таблиц. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения (основные результаты ивыводы). Список работ соискателя и используемой литературы содержит flu наименований.
