CC BY
15
УДК 621.373.826.038.824
ЛАЗЕРНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ В МОДИФИЦИРОВАННОЙ ЗОЛЬ-ГЕЛЬНОЙ МАТРИЦЕ, АКТИВИРОВАННОЙ
РОДАМИНОМ 6Ж
В. Г. Баленко1, А. Н. Киркин, А. В. Ковтун, Б. Я. Коган1, В. М. Мизин1
Исследована лазерная генерация в золь-гельном стекле, активированном родамином 6Ж. Образцы, изготовленные по модифицированной золъ-гелъной технологии, показали высокую стабильность. При накачке 20-не импульсами второй гармоники Мд:УАО лазера получены импульсы лазера на красителе с энергией до ЬмДж. Эффективность лазерной генерации была около 70%.
Лазеры на красителях широко используются в качестве источников излучения для современных научных исследований и разнообразных прикладных задач. Наиболее рас пространенным типом этих лазеров являются лазеры на растворах органических кра сителей. Их важным достоинством является возможность перестройки длины волны излучения в пределах сравнительно широкой (десятки нанометров) линии люминесценции красителя. В лазерах на красителях получены различные режимы генерации (в частности, свободная генерация, модуляция добротности, синхронизация мод) и различные длительности лазерных импульсов - в том числе освоены субпикосекундный и фемтосекундный временные диапазоны. Важным элементом лазеров на растворах ор ганических красителях является система прокачки активного вещества. Присутствие этого элемента в конструкции лазера затрудняет переход на другой краситель при необходимости получения генерации на длине волны, лежащей вне пределов полосы люминесценции данного красителя. В таких случаях систему прокачки обычно заменяют из-за невозможности чисто промыть ее. Еще одним недостатком лазеров на растворах
^НЦ РФ "НИОПИК".
органических красителей является то, что молекулы красителя находятся в контакте с кислородом и органическими веществами, что ухудшает стабильность молекул активного вещества.
В связи с этим значительный интерес представляет разработка твердотельных лазерных сред, активированных красителями. Естественно, что технология создания такой среды должна быть низкотемпературной, чтобы не разрушить молекулы красителя в процессе изготовления. К числу твердотельных сред, используемых для разработки лазеров данного типа, относятся полимеры [1 - 3] и золь-гельные матрицы [4-6]. В нашей предыдущей работе [3] мы получили генерацию в акриловом полимере, активированном красителем феналемин 512. При накачке активного полимерного элемента 200-м с импульсами второй гармоники излучения лазера с частотой следова-
ния 1 кГц получена средняя мощность излучения лазера на красителе 2 мВт при эффективности преобразования « 10%. Ресурс работы активного элемента 040 х 3 мм1 составлял ~ 107 лазерных импульсов. Однако наши попытки улучшить эффективность преобразования в данном лазере и ресурс работы активного элемента не дали заметных результатов. Это было связано с недостаточной фотостабильностью красителя в полимерной матрице и сильными оптическими неоднородностями, образующимися в активной среде при работе лазера.
Поиск более совершенных сред для твердотельных лазеров на красителях привел нас к исследованию золь-гельных матриц. Использование этих сред привело в последние годы к созданию активных лазерных элементов с высокой стабильностью [4 - 6]. В настоящей работе изложены наши первые результаты, полученные при исследовании лазерной генерации в золь-гельных матрицах, активированных органическими краен телями. Технология приготовления образцов была модифицирована по сравнению с технологией, использовавшейся в [4 - 6], и будет описана в наших следующих публикациях. Нами были испытаны три образца золь-гельного стекла с концентрацией родамина 6Ж (1,5 — 1,6) • 10~4 моль/л. Все они имели толщину 2 мм. Образцы, использовавшиеся в наших первых экспериментах, имели высокую объемную оптическую однородность, но их поверхность специально не обрабатывалась. Для устранения поверхностной неоднородности образцов в предварительных лазерных экспериментах они опускались в стеклянную кювету толщиной 3 - 4 мм, заполненную глицерином.
Блох-схема лазерной установки, применявшейся для исследования лазерной генерации, приведена на рис. 1. Мы использовали плоскопараллельный лазерный резонатор длиной 27 см, образованный диэлектрическими зеркалами М\ и М2. Входное зеркало М\
М, М2
Nd:YAG лазер 2а>, 530 нм, 20 не 1
образец
Рис. 1. Блок-схема экспериментальной установки.
имело пропускание Т\ — 87% на длине волны накачки 530 нм и коэффициент отражения
= 97% в области 580 - 585 нм, в которой мы наблюдали генерацию. Коэффициент отражения выходного зеркала М2 в области 580 - 585 нм был Д2 = 60%. Активный лазерный элемент размещался примерно посередине между зеркалами и накачивался второй гармоникой излучения Nd:YAG лазера, работавшего в режиме модуляции добротности пассивным затвором и состоявшего из генератора и одного каскада усиления. Излучение Nd:Y AG лазера преобразовывалось во вторую гармонику кристаллом К DP. Импульсы излучения на длине волны 530 нм имели длительность 20 не и энергию до 10 мДж. Пучок накачки фокусировался в образец золь-гельного стекла линзой L с фокусным расстоянием / = 19 см, положение которой относительно образца в экспериментах варьировалось. Оптический фильтр ОС-13 (F на рис. 1), расположенный на выходе резонатора, отсекал не поглощенную в образце часть излучения накачки. Энер гия лазерных импульсов измерялась калориметром ИМО-2Н. Nd:YAG лазер работал с частотой следования импульсов ~ 1 Гц.
На рис. 2 приведена зависимость энергии генерации лазера на красителе от энергии импульсов накачки для одного из образцов с концентрацией красителя 1,5- Ю-4 моль/л. Энергии накачки, приведенные на рисунке, соответствуют пучку накачки на выходе фо кусирующей линзы. Данные приведены для образца, расположенного на расстоянии 2 см за фокусом линзы (площадь пучка накачки на образце га 5 • Ю-3 см2). Пороговая накачка равнялась 0,5 мДж. Эффективность генерации была rj fa 70% и оказалась примерно одинаковой для всех трех образцов. Зарегистрированное в экспериментах уменьшение эффективности генерации при максимальной энергии накачки может быть обусловлено насыщением поглощения накачки в активном лазерном элементе.
Для изучения стабильности лазерной генерации мы поместили один из образцов вблизи фокуса линзы L и контролировали зависимость энергии импульсов лазера на красителе от числа лазерных вспышек. В этом эксперименте использовался один и тот
6 5
о.
о и
и °< 1 й 1
к
т
2 4 6 8 Энергия накачки, мДж
10
Рис. 2. Экспериментальная зависимость энергии импульсов генерации от энергии импульсов накачки.
же участок образца, энергия импульсов накачки равнялась 4 мДж, а лазер ра-
ботал с частотой 1/3 Гц. Было произведено 2400 вспышек без заметного снижения энер гии генерации. Для сравнения изучалась стабильность генерации родамина 6Ж в полистироле. Через 50 лазерных вспышек энергия генерации полистирольного активного элемента уменьшилась в два раза. Исследованные нами первые образцы, изготовленные по модифицированной золь-гельной технологии, показали стабильность оптических ха рактеристик и лазерных параметров в течение двух месяцев работы. При этом энергия лазерных импульсов и эффективность генерации, полученные в наших экспериментах, близки к соответствующим значениям, полученным в работе [6], в которой, насколько мы знаем, приведены лучшие на настоящий день результаты по лазерной генерации в золь-гельных матрицах, активированных органическими красителями. В этой работе использовались образцы, активированные периленами и пирометинами. В настоящее время проводится усовершенствование разработанной нами золь-гельной технологии. Она будет описана в наших последующих публикациях.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Б о н д а р М. В., Пржонская О. В., Тихонов Е. А. и др. Квантовая электроника, 12, N 12, 2465 (1985).
[2] H е г m е f R. H., А 1 i к T. H., С h a n d г a F., and H a t с h i n s о n J. A. Appl. Phys. Lett., 63, 877 (1993).
[3] Б a л e h к о В. Г., Д о л о т о в С. М., Киркин А. Н. и др. Краткие сообщения по физике ФИАН, N 7 - 8, 50 (1994).
[4] С a n V a M., Georges P., Perelgritz J. -F., et al. Appl. Opt., 34, no. 3, 428 (1995).
[5] Dubois A., С an va M., В г u n A., et al. Appl. Opt., 35, no. 18, 3193 (1996).
[6] F a 1 о s s M., С a n v a M., G e о г g e s P., et al. Appl. Opt., 36, no. 27, 6760 (1997).
Поступила в редакцию 26 июня 1998 г.
