Твердотельные активные среды для перестраиваемых лазеров на основе активированных красителями полиуретанов

Статья посвящена краткому обзору основных результатов цикла исследований, направленных на разработку твердотельных активных сред на основе активированных красителями полиуретановых компаундов. Конечной целью этих исследований являлось создание твердотельных активных элементов, позволяющих реализоват...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Радіофізика та електроніка
Дата:	2018
Автори:	Николаев, С.В., Пожар, В.В., Дзюбенко, М.И., Николаев, К.С.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України 2018
Теми:	Прикладная радиофизика
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/150245
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Твердотельные активные среды для перестраиваемых лазеров на основе активированных красителями полиуретанов / С.В. Николаев, В.В. Пожар, М.И. Дзюбенко, К.С. Николаев // Радіофізика та електроніка. — 2018. — Т. 23, № 4. — С. 95-107. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860130383572500480
author	Николаев, С.В. Пожар, В.В. Дзюбенко, М.И. Николаев, К.С.
author_facet	Николаев, С.В. Пожар, В.В. Дзюбенко, М.И. Николаев, К.С.
citation_txt	Твердотельные активные среды для перестраиваемых лазеров на основе активированных красителями полиуретанов / С.В. Николаев, В.В. Пожар, М.И. Дзюбенко, К.С. Николаев // Радіофізика та електроніка. — 2018. — Т. 23, № 4. — С. 95-107. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Радіофізика та електроніка
description	Статья посвящена краткому обзору основных результатов цикла исследований, направленных на разработку твердотельных активных сред на основе активированных красителями полиуретановых компаундов. Конечной целью этих исследований являлось создание твердотельных активных элементов, позволяющих реализовать широкодиапазонный твердотельный лазер на красителях (ТЛК), генерирующий перестраиваемое по частоте излучение с микросекундной длительностью импульсов. Статтю присвячено короткому огляду основних результатів циклу досліджень, спрямованих на розробку твердотільних активних середовищ на основі активованих барвниками поліуретанових компаундів. Кінцевою метою цих досліджень було створення твердотільних активних елементів, що дозволяють реалізувати широкодіапазонний твердотільний лазер на барвниках (ТЛБ), що генерує перестроюване за частотою випромінювання з мікросекундною тривалістю імпульсів. This article is devoted to a brief review of the main results of the research cycle aimed at developing solid active media based on dye-activated poly-urethane compounds. The ultimate goal of these studies was the creation of solid-state active elements that make it possible to realize a wide-band solid-state dye laser (SSDL), which emits frequency-tunable radiation with a microsecond pulse duration.
first_indexed	2025-12-07T17:44:13Z
format	Article
fulltext	ППРРИИККЛЛААДДННАА РРААДДІІООФФІІЗЗИИККАА _________________________________________________________________________________________________________________ __________ ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 4 This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) DOI: https://doi.org/10.15407/rej2018.04.095 УДК621.373.826.038.825 PACS: 42.55.Mv, 42.55.Rz, 42.70.Jk С. В. Николаев, В. В. Пожар, М. И. Дзюбенко, К. С. Николаев Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины 12, ул. Акад. Проскуры, Харьков, 61085, Украина E-mail: svn@ire.kharkov.ua ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ АКТИВНЫЕ СРЕДЫ ДЛЯ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫХ ЛАЗЕРОВ НА ОСНОВЕ АКТИВИРОВАННЫХ КРАСИТЕЛЯМИ ПОЛИУРЕТАНОВ Предмет и цель работы. Статья посвящена краткому обзору основных результатов цикла исследований, направленных на разработку твердотельных активных сред на основе активированных красителями полиуретановых компаундов. Конечной целью этих исследований являлось создание твердотельных активных элементов, позволяю- щих реализовать широкодиапазонный твердотельный лазер на красителях (ТЛК), генерирующий перестраиваемое по частоте излучение с микросекундной длительностью импульсов. Методы и методология работы. Поставленная задача решалась преимущественно экспериментальными мето- дами. Исследования включали в себя полный цикл работ – от изготовления образцов твердотельных активных сред до изучения генерационных характеристик созданных активных элементов. Результаты работы. В ходе выполнения работы созданы лазерно-активные среды на основе промышленных по- лиуретанов разных марок, активированных красителями Родамин 6G, Сульфородамин 101, Оксазин 17 и Оксазин 1, и исследованы их спектрально-люминесцентные характеристики. Изготовлены экспериментальные образцы лазер- ных матриц. Изучены оптические качества созданных сред и определено влияние методики изготовления образцов на характер возможных искажений их оптической однородности. Изучена генерационная способность полиуретано- вых матриц. При поперечном монохроматическом возбуждении получена лазерная генерация на полиуретановых матрицах с эффективностью от 12 до 26 % и энергией от 23 до 127 мДж. Исследованы лучевая стойкость и возмож- ный ресурс работы полиуретановых сред. Изучены термооптические свойства полиуретановых активных сред и их влияние на направленность излучения ТЛК. Обнаружен эффект наведенного двулучепреломления, возникающий в условиях несимметричной накачки микросекундной длительности. Установлено, что в таких условиях полиуретано- вые активные элементы генерируют поляризованное излучение даже при возбуждении неполяризованным светом. Исследованы возможности сужения и перестройки спектра генерации полиуретановых матриц в дисперсионных резонаторах с угловым и амплитудным типами селекции. Создан и испытан лабораторный макет перестраиваемого ТЛК со сменными полиуретановыми лазерными элементами, генерирующий импульсное излучение микросекундной длительности в спектральном диапазоне 565...700 нм. Заключение. Результаты проведенных исследований позволяют сделать вывод, что промышленные полиурета- новые компаунды могут быть успешно использованы в качестве твердых сред для активных элементов ТЛК. Ил. 11. Табл. 2. Библиогр.: 11 назв. Ключевые слова: твердотельный лазер на красителе, полиуретановая активная среда. В последние годы практические потреб- ности стимулируют значительный рост ко- личества исследований, направленных на разработку твердотельных лазеров на краси- телях (ТЛК). Главной составляющей в этих исследованиях является создание эффектив- ных лазерных сред на основе твердых мате- риалов, активированных красителями, обла- дающих высоким КПД, стабильностью пара- метров и большим ресурсом работы. Чаще всего для изготовления твердых активных сред на красителях применяются различные полимеры, отверждение которых возможно в процессе холодной полимеризации. При этом полимерные среды должны иметь хорошее оптическое качество и высокую лучевую стойкость при интенсивном импульсном об- лучении. Эти два требования в значительной степени противоречат друг другу, поскольку лучевая стойкость требует пластичности по- лимера, а пластичные среды обладают невы- сокой оптической однородностью. Компро- мисс между оптическим качеством и лучевой стойкостью проще достигается в полимер- ных средах, предназначенных для работы при наносекундной накачке. Вместе с тем, для многих практических целей, в которых могли бы использоваться ТЛК, нужны более длительные импульсы излучения, в частнос- ти микросекундного диапазона. При мощной микросекундной накачке требования к луче- вой стойкости материала матрицы значи- http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ mailto:pozhar@ire.kharkov.ua С. В. Николаев и др. / Твердотельные активные среды… ____________________________________________________________________________________________________ 96 ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 4 тельно возрастают. Исследования механизма лучевого разрушения полимерных матриц позволили сделать вывод, что в этом случае необходимо использовать эластичные мате- риалы, обладающие значительными упруги- ми деформациями в широком диапазоне ра- бочих температур. Именно к таким материа- лам и относятся полиуретаны, структуру и свойства которых возможно менять в широ- ких пределах путем подбора соответствую- щих исходных веществ. Принципиальная возможность создания полиуретановых лазерно-активных сред была продемонстрирована в работах [1–3], в кото- рых сообщалось о создании и исследовании при наносекундной длительности возбужде- ния лазерных матриц на основе прозрачного полиуретана и полиуретанакрилата. Вопрос же о возможности получения длинноимпульс- ной генерации, когда использование поли- уретановых активных сред более целесооб- разно, оставался открытым. Для решения данной проблемы нами был проведен цикл исследований [4–11], которые включали в себя следующие аспекты: – синтез активных сред на основе допиро- ванных красителями полиуретанов различно- го типа и исследование их спектрально- люминесцентных характеристик; – изготовление экспериментальных об- разцов лазерных матриц и исследование их оптических характеристик в зависимости от методики изготовления; – исследование энергетических, спектраль- ных, пространственно-угловых, поляриза- ционных и ресурсных характеристик излуче- ния полиуретановых матриц при возбужде- нии импульсным когерентным излучением микросекундной длительности; – исследование возможности сужения и перестройки спектра генерации полиурета- новых матриц в дисперсионных резонаторах с угловым и амплитудным типом селекции. Конечной целью исследований являлось создание эффективных полиуретановых ак- тивных сред, позволяющих реализовать широкодиапазонный лазер-преобразователь, генерирующий перестраиваемое по частоте излучение с микросекундной длительностью импульсов. В качестве источника возбужде- ния в такой системе может использоваться жидкостный лазер на красителе с ламповой накачкой, работающий на одном из эффек- тивных красителей, а преобразование часто- ты его излучения в нужный диапазон опти- ческого спектра будет осуществляться в ТЛК со сменными активными элементами, акти- вированными соответствующими красителя- ми. Данная статья посвящена краткому обзо- ру основных результатов этих исследований. 1. Выбор компонентов и изучение спек- тральных характеристик полиуретановых активных сред [4–9]. С точки зрения пер- спектив практического внедрения разрабаты- ваемых активных сред в качестве твердой основы предпочтительно использовать про- мышленно производимые компаунды. В ходе экспериментов было испытано несколько промышленных прозрачных полиуретанов разных марок, отличающихся степенью элас- тичности и временем полимеризации. Среди них были полиуретаны средней жесткости: Т-809/Т-863, Т-813/Т-863 (Eurodrop, Италия) и EU-29-1/HU-29-1 (FongYong, Тайвань), а также твердый компаунд Crystal Clear 204 (Smooth-On, США). Данные полиуретаны имеют интенсивное поглощение лишь в уль- трафиолетовой части спектра, а для излуче- ния с длинами волн от 400 нм до ИК-диапа- зона они практически прозрачны. Проверка совместимости указанных по- лиуретанов с рядом красителей показала, что наиболее удачно в полиуретаны внедрялись красители Родамин 6G, Сульфородамин 101, Оксазин 17 и Оксазин 1. Именно на основе таких соединений изготовлялись активные среды. Исследования спектрально-люминесцент- ных характеристик синтезированных сред выявили, что форма спектров поглощения и излучения красителей, внедренных в поли- мерную среду, подобна их спектрам в спир- товых растворах. Основные различия, кото- рые вызваны влиянием твердой полиурета- новой матрицы, – это наличие спектральных сдвигов максимумов поглощения и люми- несценции твердотельных сред относительно жидких растворов. Так, для Родамина 6G, Сульфородамина 101 и Оксазина 1 наблюда- ется длинноволновый сдвиг спектров, а для Оксазина 17 – коротковолновый. Для приме- ра данные о спектральном положении пиков С. В. Николаев и др. / Твердотельные активные среды… ____________________________________________________________________________________________________ ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 4 97 поглощения и люминесценции сред на поли- уретане Crystal Clear 204 и этаноле приведе- ны в табл. 1. Таблица 1 Длины волн максимумов спектров поглощения и люминесценции для активных сред на полиуретане Crystal Clear 204 и этаноле Краситель Длина волны для активной среды, нм на полиуретане Crystal Clear 204 на этаноле ab em ab em Родамин 6G 535 565 530 553 Сульфородамин 101 581 606 576 591 Оксазин 17 543 607 553 619 Оксазин 1 654 679 645 665 2. Методика изготовления матриц [4, 5, 9]. Для изготовления экспериментальных образ- цов твердых матриц использовалась методи- ка, которая включала следующие операции: – предварительное растворение красителя в небольшом количестве этилового спирта; – окраску спиртовым раствором полиоль- ной компоненты компаунда и вакуумную дегазацию обоих компонентов полиуретано- вой системы; – смешивание компонентов и последую- щую дегазацию реакционноспособной смеси; – заливание смеси в подготовленные формы; – полимеризацию образцов в термостати- рованной камере. Температура полимеризации подбиралась экспериментальным путем, но не превышала 50 С. Время полного затвердения образцов зависело от температуры и изменялось от 7 до 30 дней. Оптическое качество поверхностей экспе- риментальных образцов из эластичного по- лиуретана достигалось за счет использования стеклянной или кварцевой оболочки. Из твердого полиуретана были изготовлены твердые матрицы двух типов: с кварцевой оболочкой и безоболочечные матрицы. Оп- тическое качество торцов безоболочечных матриц достигалось путем полирования. Фотографии некоторых образцов изготов- ленных матриц приведены на рис. 1. а) б) Рис. 1. Образцы полиуретановых матриц: а) в стек- лянной оболочке; б) безоболочечные 3. Оптические качества полиуретано- вых матриц [10]. Основными видами иска- жений оптической однородности полиурета- новых сред являются искажения типа «сви- леватость» и локальная анизоторопия пока- зателя преломления вследствие внутренних напряжений в матрице. Для полимерных матриц оптические качества среды опреде- ляются не только свойствами используемого вещества, но и методикой изготовления. В силу этого обстоятельства совершенство- ванию методики изготовления было уделено особое внимание. Экспериментальным путем было установлено, что для обеспечения удо- влетворительного оптического качества мат- риц следует применять свободное заливание компаунда через открытый торец формы при температуре не ниже 40 С. При этом также желательно использовать для изготовления отливных форм материалы с малой адгезией к полиуретановым компаундам. В ходе экс- периментов степень свилеватости контроли- ровалась путем регистрации теневых картин торцов матриц, а для регистрации распреде- ления внутренних напряжений использовал- ся метод фотоупругости. В качестве примера на рис. 2 показаны фотографии теневой и интерференционной картин матрицы из твердого полиуретана Crystal Clear 204, изготовленной при темпе- ратуре 45 С путем заливания смеси через открытый торец акриловой формы диамет- ром 30 мм и толщиной 5 мм с последующим наложением и зажиманием акрилового «окошка». С. В. Николаев и др. / Твердотельные активные среды… ____________________________________________________________________________________________________ 98 ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 4 а) б) Рис. 2. Характер свилей (а) и распределение напряжений (б) в полиуретановой матрице, изготовленной по опти- мальной методике Таким образом, экспериментальным путем была оптимизирована методика изготовления полиуретановых матриц и доказано, что полиуретаны позволяют изготовить лазерные среды с приемлемым оптическим качеством. 4. Энергетические характеристики по- лиуретановых матриц [5–9]. Исследование генерационных характеристик полиуретано- вых матриц проводилось при поперечной накачке матрицы с красителем. В качестве источника возбуждения ис- пользовались импульсно-периодические жид- костные лазеры на красителях (ЖЛК) с лам- повой накачкой. Рабочими веществами лазе- ров накачки служили этанольные растворы красителей Родамин незамещенный (  560 нм), Родамин 6G (  590 нм) и Оксазин 17 (  665 нм). Родамин незамещенный ис- пользовался для накачки матриц со всеми исследованными красителями, Родамин 6G – для возбуждения Сульфородамина 101 и Ок- сазина 1, а Оксазин 17 – для накачки актив- ных элементов на Оксазине 1. Длительность возбуждающих импульсов составляла от 3 до 5 мкс. Образцы исследуемых сред имели вид цилиндрических матриц длиной 10 и 20 мм с диаметром 25 мм, а также длиной 10 мм и диаметром 10 мм. В ходе экспериментов прежде всего ис- следовались пороговые характеристики ге- нерации новых сред. Сравнивались порого- вые энергии накачки полиуретановых матриц и кювет таких же размеров со спиртовыми растворами тех же красителей в одинаковых условиях возбуждения. Такое сравнение поз- волило сделать общий вывод, что при любых условиях порог генерации матриц на Рода- мине 6G, Сульфородамине 101 и Оксазине 17 был выше, чем в спиртовых растворах. Так, например, соотношение пороговых энергий возбуждения полиуретановых матриц длиной 10 мм, активированных Оксазином 17, и кю- вет с этанольными растворами этого красите- ля при возбуждении излучением на   560 нм составляло  1,6 и практически не изменя- лось при росте концентрации красителя. Можно сделать вывод, что именно худшее оптическое качество полиуретановых сред по сравнению с жидкими растворами является основной причиной повышения порога гене- рации. Для матриц, активированных Оксази- ном 1, напротив, наблюдался более низкий порог генерации, чем в этанольном растворе. Это обусловлено особенностями молекул Оксазина 1, которые в вязких и твердых рас- творах имеют значительно более высокий квантовый выход люминесценции, чем в эта- ноле, а потому генерируют значительно эф- фективнее. Отобранные по пороговым критериям лучшие образцы полиуретановых матриц ис- пытывались на генерацию при возбуждении излучением с различной длиной волны и варь- ировании энергии накачки и добротности ши- рокополосного резонатора. Целью этих испы- таний было получение максимально эффек- тивной генерации на каждом из образцов. Ре- зультаты экспериментов приведены в табл. 2. ______________________________________ Таблица 2 Энергетические характеристики излучения полиуретановых матриц Краситель Полиуретан l, мм С, моль/л , нм E, мДж , % Родамин 6G Т-813 10 2,510–4 585 32 13 Т-809 20 1,2510–4 48 12 Сульфородамин 101 Т-809 10 5,010–4 615+650 23,5 20 Т-809 20 2,510–4 76 26 Оксазин 17 Т-809 10 2,510–4 625 28 16 Т-813 20 2,510–4 52 18 Оксазин 1 Т-809 10 5,010–4 700+745 46 15 Т-809 20 2,510–4 127 21 С. В. Николаев и др. / Твердотельные активные среды… ____________________________________________________________________________________________________ ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 4 99 Для каждой из активных сред в ней даны: название красителя и тип полиуретана, длина матрицы l, концентрация красителя С, цен- тральная длина волны полосы генерации , энергия E и КПД  генерации. 5. Ресурс работы полиуретановых мат- риц [7]. Практически важной характеристи- кой любой твердой матрицы является ресурс ее работы. Он определяется совокупным влиянием лучевой стойкости полимерной основы и скорости фотораспада красителя. Учитывая, что оба этих фактора зависят от плотности энергии накачки, мы провели из- мерения зависимости энергии генерации матриц от количества импульсов возбужде- ния n при разных плотностях накачки. Чтобы уменьшить влияние объемного нагрева мат- рицы, частота следования импульсов была ограничена значением 0,2 Гц. В качестве примера на рис. 3 показаны ресурсные зави- симости трех величин средней плотности энергии накачки для матрицы на основе поли- уретана Т-809, активированного Сульфорода- мином 101 с концентрацией С  510 –4 моль/л. Pис. 3. Нормированные зависимости энергии генерации E от количества импульсов n при разных плотностях энергии импульсов накачки Ep: 1 – Ep  0,3 Дж/см2; 2 – Ep  0,45 Дж/см2; 3 – Ep  0,55 Дж/см2 Эти данные демонстрируют, что при плотности энергии накачки 0,3 Дж/см 2 сни- жение энергии генерации до 50 % от перво- начальной происходит после 2 500 импуль- сов. Увеличение плотности возбуждения приводит к значительному падению ресурса генерации. При этом для плотностей накачки до 0,5 Дж/см 2 единственной причиной снижения энергии генерации является фотообесцвечи- вание красителя, а при энергиях, превыша- ющих эту величину, в возбуждаемой области проявляются признаки теплового разрушения матрицы. Дальнейшее повышение плотности излуче- ния накачки приводило к появлению локаль- ных точек термического разрушения матриц, возникающих в области максимальной кон- центрации энергии возбуждающего излуче- ния. Измерения показали, что в зависимости от расходимости пучка лазера накачки и сте- пени его фокусировки, максимальная плот- ность энергии накачки на поверхности мат- рицы может превышать среднее значение в 1,5…2,5 раза. Отсюда можно сделать вывод, что в режиме одиночных микросекундных импульсов данная среда способна выдержи- вать облучение с плотностью энергии, не превышающей 1 Дж/см 2 . 6. Термооптические свойства полиуре- тановых сред [4, 5, 8]. Известно, что в ре- зультате неравномерного нагрева среды по- глощенным излучением накачки в активных средах лазеров возникает такое же неравно- мерное распределение показателя преломле- ния, в результате чего среда оптически иска- жается. Возникновение разницы показателей преломления в некотором направлении сопро- вождается появлением внутренних напряже- ний, которые в свою очередь приводят к ани- зотропии распределения показателя прелом- ления. Эти термооптические искажения (ТОИ) особенно существенно сказываются на гене- рационных характеристиках лазеров с мик- росекундной длительностью импульсов. Величина ТОИ определяется термоупругими свойствами самой среды, которые можно исследовать, изучая особенности взаимо- действия среды с излучением накачки. Для выявления характера ТОИ в полиуре- тановых средах были проведены измерения зависимостей энергии генерации матриц с разной концентрацией красителя при вариа- ции энергии возбуждения от угла разъюсти- ровки глухого зеркала резонатора. В резуль- тате было установлено, что полиуретановым средам присущ весьма значительный по ве- личине и отрицательный по знаку термо- оптический коэффициент. В этом полиурета- новые среды схожи с активными средами на спиртовых растворах. Наличие ТОИ отрицательно сказывается на энергии генерации полиуретановых ак- тивных элементов (АЭ), особенно в режиме 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0 1 2 3 4 n10 –3 Е, отн. ед. 1 2 3 С. В. Николаев и др. / Твердотельные активные среды… ____________________________________________________________________________________________________ 100 ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 4 импульсно-периодического возбуждения. Экспе- рименты показали, что при повышении час- тоты следования импульсов накачки до 10 Гц генерация на полимерных матрицах после 20 импульсов прекращалась, а через не- сколько минут после отключения накачки возобновлялась. Это свидетельствует о том, что при такой частоте следования импульсов накачки термические искажения в матрице нарастают, не успевая релаксировать, и настолько искажают резонатор, что генера- ция прекращается. После остывания актив- ного элемента его оптические свойства вос- станавливаются и генерация возможна вновь. Исследования диаграммы направленности излучения полиуретановых АЭ подтвердили, что наведенные термооптические искажения существенно увеличивают расходимость из- лучения. Влияние ТОИ на направленность излучения при поперечной накачке АЭ ил- люстрирует рис. 4, где приведена фотогра- фия дальнопольной картины излучения мат- рицы на Сульфородамине 101 с концентра- цией 4105  моль/л в полиуретане Crystal Clear 204. Рис. 4. Дальнопольная картина излучения матрицы на Сульфородамине 101 в полиуретане Crystal Clear 204 Наибольшая расходимость излучения наблюдается в плоскости возбуждения, кото- рая в данном случае расположена горизон- тально. Это объясняется тем, что градиент показателя преломления тоже лежит в этой плоскости, что и вызывает значительную расходимость излучения. 7. Поляризационные характеристики излучения полиуретановых сред [10]. Как уже отмечалось, наведенные ТОИ вызывают анизотропию распределения показателя пре- ломления. Это обусловлено способностью полиуретановых сред приобретать анизо- тропные свойства под воздействием напря- жений сжатия или растяжения. В таком слу- чае в среде должно возникать двулучепре- ломление, влияющее на состояние поляриза- ции генерируемого излучения. Исследования поляризации излучения по- лиуретановых сред заключались в измерении энергии отдельных поляризационных компо- нент излучения поперечно возбуждаемых матриц в изотропных широкополосных резо- наторах при разных энергиях и разной поля- ризации излучения накачки. Результаты экспериментов показали, что при возбуждении неполяризованным светом все исследованные образцы матриц генери- ровали поляризованное излучение с разной степенью поляризации. При этом вектор преимущественной поляризации лежал в плоскости, ортогональной направлению пуч- ка возбуждения. Зависимости степени поляризации от энергии накачки для матриц на основе поли- уретана Crystal Clear 204 с разной концен- трацией красителя Сульфородамин 101 пока- заны на рис. 5. Рис. 5. Графики зависимости степени поляризации Р излучения от энергии возбуждения для матриц с раз- ной концентрацией красителя С: 1 – C  10–4 моль/л; 2 – C  210–4 моль/л; 3 – C  310–4 моль/л; 4 – C  510–4 моль/л Характерной особенностью этих зависи- мостей является то, что при увеличении энергии возбуждения степень поляризации уменьшается. Графики также показывают, что изменение концентрации красителя тоже влияет на степень поляризации. Увеличение концентрации красителя сначала приводит к Р 1 3 2 4 50 100 150 200 Ep, мДж 1,0 0,8 0,6 0,4 С. В. Николаев и др. / Твердотельные активные среды… ____________________________________________________________________________________________________ ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 4 101 уменьшению степени поляризации, а затем к ее увеличению. Проведенные измерения позволили сде- лать вывод, что при мощном несимметрич- ном возбуждении помещенные в резонатор матрицы на основе композитов «полиуретан– краситель» генерируют частично поляризо- ванное излучение. Направление вектора пре- имущественной поляризационной компонен- ты всегда ортогонально к плоскости распро- странения возбуждающего излучения и не зависит от состава композита. Причиной обнаруженного эффекта можно считать возникновение в среде наведенного двулучепреломления. В этом случае в усло- виях несимметричной накачки локальные оптические оси анизотропной среды лежат в плоскости возбуждения, т. е. ортогонально к оси резонатора. Активный элемент напоми- нает одноосный кристалл, через который перпендикулярно к его оптической оси про- ходят лучи неполяризованного излучения. Это излучение распадается на обыкновенный и необыкновенный лучи со взаимно ортого- нальными поляризациями, имеющими раз- ные значения показателя преломления. Один из этих лучей, для которого показатель пре- ломления больше, будет сильнее отклоняться от оси резонатора, а, следовательно, излуче- ние соответствующей поляризации будет иметь большие потери. Лазер при таких условиях будет генерировать частично поля- ризованное излучение, т. е. он становится подобным лазеру с внутрирезонаторным поляризатором. Это подтвердили измере- ния энергии генерации матриц на основе полиуретана Crystal Clear 204, активирован- ного Сульфородамином 101 с концентрацией 4102  моль/л, при возбуждении неполяризо- ванным и линейно поляризованным излуче- нием ЖЛК. При поляризованной накачке вектор поляризации возбуждающего излуче- ния согласовывался с ориентацией вектора поляризации излучения матрицы, а степень поляризации излучения накачки составляла 0,98. Результаты измерений представлены на рис. 6. Видно, что энергия генерации ТЛК при накачке линейно поляризованным излу- чением, поляризация которого совпадает с поляризацией излучения генерации, выше, чем при возбуждении неполяризованным светом. Такая закономерность характерна Рис. 6. Графики зависимости энергии генерации Сульфо- родамина 101 в полиуретане от энергии накачки при возбуждении линейно поляризованным (1) и неполяри- зованным (2) излучением для лазеров с поляризационно-анизотропным резонатором и обусловлена существованием поляризационной анизотропии коэффициен- та усиления активной среды. При этом сте- пень анизотропии коэффициента усиления зависит от величины превышения накачкой порогового значения. С увеличением превышения порога сте- пень анизотропии растет, что приводит к де- поляризации излучения. Это позволяет объяс- нить экспериментально обнаруженные зави- симости степени поляризации излучения по- лиуретановых матриц от параметров среды, которые влияют на соотношение энергии возбуждения и пороговой энергии генерации. 8. Спектральные характеристики излу- чения полиуретанового ТЛК с широкопо- лосным резонатором [4–7, 9]. При исследо- вании спектральных характеристик излуче- ния полиуретановых матриц в ТЛК с широ- кополосным резонатором наблюдалось пол- ное сходство спектров генерации твердых полиуретановых матриц и жидких растворов тех же красителей. Это, очевидно, объясня- ется сходством спектрально-люминесцент- ных характеристик обоих типов сред. На рис. 7 приведены типичные спектры излучения нескольких образцов полиурета- новых матриц, активированных различными красителями. Эксперименты показали, что основными факторами, которые влияют на эволюцию спектров генерации полиуретано- вых матриц, как и для кювет с жидкими рас- 50 40 30 20 10 0 50 100 150 200 Eep, мДж С. В. Николаев и др. / Твердотельные активные среды… ____________________________________________________________________________________________________ 102 ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 4 творами, является добротность резонатора, концентрация красителя, длина активного слоя, а также интенсивность возбуждения. Для матриц на Родамине 6G и Оксазине 17 увеличение концентрации красителя, длины матрицы или повышение добротности резо- натора приводит к типичному для лазеров на красителях красному смещению спектра ге- нерации. В спектрах Сульфородамина 101 и Оксазина 1, обладающих структурными спект- рами люминесценции, при малой интенсив- ности накачки наблюдалась только одна поло- са: в низкодобротном резонаторе – коротко- волновая, а в высокодобротном – длинно- волновая. В случае повышения энергии накачки возникала двухполосная генерация при всех коэффициентах отражения выход- ного зеркала резонатора, кроме наименьшего. _______________________________________ Рис. 7. Широкополосные спектры генерации полиуретановых матриц, активированных различными красителями _______________________________________ Теоретический анализ особенностей фор- мирования двухполосных спектров генера- ции Сульфородамина 101 и Оксазина 1 в по- лиуретане позволил обосновать предположе- ние о том, что главной причиной формиро- вания двухполосного спектра является нали- чие пространственно разнесенных зон гене- рации с различными спектральными конту- рами усиления. Этот эффект позволяет с об- щей точки зрения объяснить возникновение бихроматической генерации в любых актив- ных средах на красителях различных клас- сов, обладающих частично перекрывающи- мися структурными спектрами поглощения и флуоресценции. 9. Сужение и перестройка лазерного из- лучения полиуретановых матриц [4, 11]. Для реализации главного достоинства лазе- ров на красителях важно было изучить воз- можность сужения и перестройки спектра генерации ТЛК на основе новых полиурета- новых сред за счет применения дисперсион- ных элементов с разными типами селекции – угловым и амплитудным. В качестве углового селектора использо- валась дифракционная решетка с 1 200 штр./мм, установленная в автоколлимационном режи- ме, а амплитудными селекторами служили интерференционно-поляризационные фильт- ры (ИПФ) с пластинами разной толщины. При построении дисперсионных резона- торов учитывались результаты исследований расходимости и поляризации излучения по- лиуретановых матриц в широкополосном резонаторе, позволяющие выбрать опти- мальное положение дисперсионных элемен- тов. В частности, дифракционная решетка устанавливалась так, чтобы штрихи были ориентированы параллельно оси пучка воз- буждения. При этом положении обеспечива- лись наибольшая селективная способность и дифракционная эффективность. В свою оче- редь, при установке ИПФ, с учетом того, что излучение матриц имеет собственную поля- ризацию, плоскость пластин ИПФ ориенти- ровалась так, чтобы вектор этой собственной поляризации совпадал с вектором поляриза- ции, обусловленной пластинами. Эксперименты проводились с матрицами разных типов на красителях Родамин 6G, Сульфородамин 101, Оксазин 17 и Оксазин 1. Накачка осуществлялась излучением ЖЛК на Родамине незамещенном (для Родамина 6G и Оксазина 17), Родамине 6G (для Сульфоро- дамина 101) и Оксазине 17 (для Оксазина 1). Степень сужения, а также диапазон пере- стройки спектров генерации существенно зависели от длины и оптического качества матриц, концентрации красителя и добротнос- ти резонатора, а также состояния поляриза- ции возбуждающего излучения. Наиболее показательные результаты приведены на рис. 8, где показана перестройка спектров генера- ции матриц на Родамине 6G (С  10 –3 моль/л в полиуретане Т-813; l  10 мм) и Оксазине 17 (С  1,510 –4 моль/л в полиуретане Т-809; l  Оксазин 17 Hg Оксазин 1 Родамин 6G Сульфородамин 101 579 нм 623,4 нм 690,7 нм 738,4 нм С. В. Николаев и др. / Твердотельные активные среды… ____________________________________________________________________________________________________ ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 4 103  20 мм), полученные при накачке неполяри- зованным излучением ЖЛК с постоянной энергией. Сверху приведены спектры гене- рации этих матриц в широкополосном резо- наторе. Видно, что при этих условиях возни- кает существенное сужение спектров генера- ции и достигается их перестройка практи- чески во всей полосе усиления красителей. Рис. 8. Перестройка спектров генерации матриц на Рода- мине 6G и Оксазине 17 Возможность большего сужения ограни- чивается значительным угловым расхожде- нием излучения, а также большим превыше- нием накачкой порога генерации, особенно вблизи максимума контура усиления. В отличие от дифракционных решеток, интерференционно-поляризационные фильт- ры выгодно отличаются небольшой чувстви- тельностью к расходимости лазерного излу- чения. Другими их преимуществами являют- ся малые нерезонансные потери и высокая лучевая стойкость. К недостаткам можно от- нести небольшую контрастность полосы пропускания, ограниченную область свобод- ной дисперсии и критичность к наведенной анизотропии резонатора. В данной серии экспериментов в качестве селекторов длины волны излучения испыты- вались отдельные пластины толщиной 1 и 2 мм, ИПФ из трех пластин толщиной 2 мм и ком- бинированный фильтр из двух пластин тол- щиной 1 и 2 мм. Опыты показали, что для фильтров с ма- лой областью свободной дисперсии возника- ет многополосная генерация, особенно при мощностях возбуждения, значительно пре- вышающих пороговую. Расширить область свободной дисперсии и сузить полосу пропускания резонатора можно с помощью ИПФ, составленного из пластин различной толщины. Результат при- менения ИПФ из двух пластин толщиной 1 и 2 мм для сужения и перестройки спектра генерации матрицы на Сульфородамине 101 (С  210 –4 моль/л) демонстрируют спектры, приведенные на рис. 9. В этом случае полу- чено сужение спектра 1 нм и его пере- стройка в полосе  16 нм. Рис. 9. Спектры генерации матрицы на Сульфорода- мине 101 в резонаторе с ИПФ, состоящим из двух пластин толщиной 1 и 2 мм Таким образом, исследования особеннос- тей сужения и перестройки спектров излуче- ния полиуретановых матриц с помощью дис- персионных резонаторов простейших кон- струкций на основе угловых и амплитудных селекторов продемонстрировали возмож- ность построения твердотельного лазера с управляемой частотой на твердотельных по- лиуретановых АЭ. 10. Лабораторный макет широкодиапа- зонного твердотельного лазера-преобразова- теля [11]. Результаты проведенных исследо- ваний были использованы для создания дейст- вующего макета компактного узкополосного лазера-преобразователя с перестройкой дли- ны волны генерации, способного излучать в значительной части видимого участка опти- ческого спектра. При этом изменение диапа- зона излучения такого ТЛК можно осущест- вить простой заменой лазерных матриц, ак- тивированных разными красителями. На рис. 10 показан лабораторный макет лазера с дисперсионным резонатором на ос- нове ИПФ. Резонатор лазера образован дву- мя плоскопараллельными зеркалами 1. Спек- тральная селекция обеспечивается интерфе- ренционно-поляризационным фильтром 2, установленным под углом Брюстера к оси резонатора. Лазерная матрица 3 закрепляется в универсальном держателе и может быть легко заменена на сменные матрицы 4. Фо- кусировка излучения накачки осуществляет- ся цилиндрической линзой 5. 600 610 620 , нм 560 580 600 620 640 , нм Родамин 6G Оксазин 17 С. В. Николаев и др. / Твердотельные активные среды… ____________________________________________________________________________________________________ 104 ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 4 Рис. 10. Лабораторный макет твердотельного лазера с дисперсионным резонатором на основе ИПФ В качестве АЭ лазера-преобразователя были испытаны матрицы длиной 10 и 20 мм. Длительность импульсов накачки составляла 2,5...4,0 мкс на уровне 0,5 интенсивности. Соответственно длительность импульсов генерации твердых матриц находилась в пределах 1,5...2,0 мкс. В результате испытаний созданного ТЛК на сменных полиуретановых матрицах была получена узкополосная, перестраиваемая в спектральном диапазоне 565…700 нм лазер- ная генерация. Зарегистрированные при по- мощи камеры УФ-90 с дифракционной ре- шеткой 1 200 штр./мм и цифровой камеры спектры излучения представлены на рис. 11. ___________________________________________ Рис. 11. Спектры генерации ТЛК с дисперсионным резонатором на сменных полиуретановых матрицах ___________________________________________ Выводы. Представленные в данном обзо- ре результаты можно кратко сформулировать следующим образом: – созданы лазерно-активные среды на ос- нове промышленных полиуретанов различ- ных марок, активированных несколькими красителями разных классов. Изготовлены экспериментальные образцы лазерных сред, исследованы их спектрально-люминесцент- ные характеристики; – испытаны различные методики изготов- ления полиуретановых активных элементов, изучены оптические качества созданных матриц и определено влияние методики из- готовления образцов на характер возможных искажений оптической однородности сред; – изучена генерационная способность по- лиуретановых матриц при несимметричном лазерном возбуждении. Проведено сравнение пороговых энергий генерации красителей в твердых матрицах и в этанольных растворах. Установлено, что, невзирая на оптическое несовершенство полиуретановых сред, порог генерации красителей в полиуретане доста- точно низкий, чтобы осуществлять накачку с многократным превышением порога и полу- чать мощное лазерное излучение; – при поперечном лазерном возбуждении получена лазерная генерация на красителях Родамин 6G, Сульфородамин 101, Оксазин 17 и Оксазин 1, внедренных в полиуретановые компаунды, с эффективностью от 12 до 21 % и энергией от 28 до 127 мДж; – исследованы лучевая стойкость и воз- можный ресурс работы полиуретановых сред. Установлено, что они могут выдержи- вать без разрушения облучение импульсами микросекундной длительности с поверхност- ной плотностью энергии до 1 Дж/см 2 . Пока- зано, что при определенных условиях ресурс работы лазерной матрицы при возбуждении в одной точке может составлять несколько тысяч импульсов; – изучены термооптические качества по- лиуретановых активных сред. Установлено, что полиуретановые среды имеют довольно значительный по величине и отрицательный по знаку термооптический коэффициент, что приводит к существенным термооптическим искажениям активной среды; 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 , нм Родамин 6G Сульфородамин 101 Оксазин 17 Оксазин 1 1 1 2 3 4 5 С. В. Николаев и др. / Твердотельные активные среды… ____________________________________________________________________________________________________ ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 4 105 – изучены пространственно-угловые ха- рактеристики излучения полиуретановых матриц при поперечном способе возбужде- ния. Показано, что расходимость излучения полиуретановых матриц при поперечной накачке обусловлена наведенными термооп- тическими искажениями, которые характер- ны для несимметрично-возбуждаемых сред с отрицательным термооптическим коэффи- циентом; – обнаружен эффект наведенного двулу- чепреломления в полиуретановых матрицах, возникающий в условиях несимметричной накачки. Доказано, что вызванная накачкой анизотропия показателя преломления поли- уретановых сред делает их подобными одно- осным «положительным» кристаллам. Уста- новлено, что в таких условиях полиуретано- вый ТЛК с широкополосным изотропным резонатором генерирует поляризованное из- лучение даже при возбуждении неполяризо- ванным светом; – исследованы спектральные характерис- тики излучения полиуретановых матриц раз- личного типа в ТЛК с широкополосным ре- зонатором. Показано, что по своим спек- тральным характеристикам полиуретановые среды, допированные красителями, качест- венно подобны жидким растворам тех же красителей; – исследованы возможности сужения и перестройки спектра генерации полиурета- новых матриц в дисперсионных резонаторах с угловым и амплитудным типами селекции. Выяснено влияние особенностей излучения полиуретановых матриц на формирование спектров генерации в дисперсионных резо- наторах. С использованием дифракционной решетки и интерференционно-поляризацион- ных фильтров осуществлена перестройка длины волны излучения матриц на разных красителях; – создан и испытан лабораторный макет твердотельного лазера на красителях со сменными полиуретановыми активными элементами с дисперсионным резонатором. При возбуждении полиуретановых матриц излучением жидкостных лазеров на красите- лях получена узкополосная, перестраиваемая по длине волны, генерация лазерного излу- чения микросекундной длительности в спек- тральном диапазоне 565...700 нм. Эти результаты позволяют сделать вывод, что промышленные полиуретановые ком- паунды могут быть успешно использованы в качестве твердых сред для активных элемен- тов ТЛК. Вместе с тем можно утверждать, что данная проблема требует дальнейших исследований, охватывающих значительно более широкий спектр типов полиуретанов и красителей. Результатом таких исследований должно стать создание эффективных твердо- тельных лазеров на красителях с микросе- кундной длительностью импульсов излуче- ния, которые способны перестраиваться во всем видимом диапазоне спектра длин волн. Библиографическийсписок 1. Безродный В. И., Ищенко А. А. Активные лазерные среды на основе окрашенного полиуретана. Кван- товая электроника. 2000. Т. 30, № 12. С. 1043–1048. DOI:http://dx.doi.org/10.1070/QE2000v030n12ABEH001862 2. Bezrodnyi V. I., Ishchenko A. A. High efficiency lasing of a dye-doped polymer laser with 1.06 μm pumping. Appl. Phys. B (Lasers and Optics). 2001. Vol. 73, N 3. P. 283–285. DOI:https://doi.org/10.1007/s003400100646 3. Безродный В. И., Деревянко Н. А., Ищенко А. А., Карабанова Л. В. Лазер на красителях на основе полиуретановой матрицы. Журн. техн. физики. 2001. Т. 71, вып. 7. С. 72–78. DOI:https://doi.org/10.1134/ 1.1387547 4. Николаев С. В., Пожар В. В., Дзюбенко М. И. Лазерная генерация микросекундных импульсов на полиуретановых матрицах, активированных краси- телями. Квантовая электроника. 2006. Т. 36, № 8. С. 758–762. DOI:http://dx.doi.org/10.1070/QE2006v0 36n08ABEH013286 5. Николаев С. В., Пожар В. В., Дзюбенко М. И. Гене- рационные характеристики оксазиновых красите- лей в твердых полиуретановых матрицах. Радиофи- зика и электроника: сб. науч. тр. Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. Харьков, 2009. Т. 14, № 3. С. 358–365. 6. Николаев С. В., Пожар В. В., Дзюбенко М. И., До- рошенко А. О. Твердотельный полиуретановый ла- зер на красителе, излучающий в дальней красной области спектра. Квантовая электроника. 2009. Т. 39, № 9. С. 789–792. http://dx.doi.org/10.1070/ QE2009v039n09ABEH014075 7. Николаев С. В., Пожар В. В., Дзюбенко М. И. Ла- зерные свойства активной среды на основе Сульфо- родамина 101, внедренного в промышленный поли- уретановый компаунд. Квантовая электроника. 2010. Т. 40, № 12. С. 1112–1115. DOI:http://dx.doi.org/ 10.1070/QE2010v040n12ABEH014425 8. Николаев С.В., Пожар В.В., Дзюбенко М.И. Иссле- дование особенностей генерации твердотельных лазеров на красителях при поперечном способе возбуждения. Радиофизика и электроника. 2011. Т. 2(16), № 2. С. 55–62. http://dx.doi.org/10.1070/QE2000v030n12ABEH001862 https://doi.org/10.1007/s003400100646 doi:%20https://doi.org/10.1134/1.1387547 doi:%20https://doi.org/10.1134/1.1387547 http://dx.doi.org/10.1070/QE2006v0%2036n08ABEH013286 http://dx.doi.org/10.1070/QE2006v0%2036n08ABEH013286 http://dx.doi.org/10.1070/%20QE2009v039n09ABEH014075 http://dx.doi.org/10.1070/%20QE2009v039n09ABEH014075 http://dx.doi.org/%2010.1070/QE2010v040n12ABEH014425 http://dx.doi.org/%2010.1070/QE2010v040n12ABEH014425 С. В. Николаев и др. / Твердотельные активные среды… ____________________________________________________________________________________________________ 106 ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 4 9. Николаев С. В., Пожар В. В., Дзюбенко М. И. Ис- следование новых твердотельных активных сред на основе промышленных полиуретановых компаун- дов, активированных красителями. Радифизика и электроника. 2012. Т. 3(17), № 2. С. 80–86. 10. Николаев С. В., Пожар В. В., Дзюбенко М. И. Вли- яние анизотропии показателя преломления на оп- тические и генерационные характеристики лазер- ных матриц на основе активированных красителя- ми полиуретанов. Радиофизика и электроника. 2014. Т. 5(19), № 3. С. 55–60. 11. Nikolaev S. V., Pozhar V. V., Dzyubenko M. I., Niko- layev K. S. Solid-state dye laser with dispersive resona- tor. Telecommunications and Radio Engineering. 2016. Vol. 75, N 3. P. 255–263. DOI:10.1615/TelecomRadEng. v75.i3.70 REFERENCES 1. Bezrodnyi, V. I., Ishchenko, A. A., 2000. Laser media based on coloured polyurethane. Quantum Electron., 30(12), pp. 1043–1048. DOI:http://dx.doi.org/10.1070/ QE2000v030n12ABEH001862 2. Bezrodnyi, V. I., Ishchenko, A. A., 2001. High effi- ciency lasing of a dye-doped polymer laser with 1.06 μm pumping/ Appl. Phys. B (Lasers and Optics), 73(3), pp. 283–285. DOI:https://doi.org/10.1007/s003400100646 3. Bezrodnyi, V. I., Derevyanko, N. A., Ishchenko, A. A., Karabanova, L. V., 2001. A dye laser with a polyure- thane matrix. Tech. Phys., 46(7), pp. 858–863. DOI:https://doi.org/10.1134/1.1387547 4. Nikolaev, S. V., Pozhar, V. V., Dzyubenko, M. I., 2006. Generation of microsecond laser pulses in polyu- rethane matrices doped with dyes. Quantum Electron., 36(8), pp. 758–762. DOI:http://dx.doi.org/10.1070/ QE2006v036n08ABEH013286 5. Nikolaev, S. V., Pozhar, V. V., Dzyubenko, M. I., 2009. Emission characteristics of oxazine dyes incorpo- rated in solid polyurethane matrices. In: V. M. Yako- venko, ed. 2009. Radiofizika i elektronika, 14(3), pp. 358–365 (in Russian). 6. Nikolaev, S. V., Pozhar, V. V., Dzyubenko, M. I., Doroshenko, A. O., 2009. Far-red polyurethane-host solid- state dye laser. Quantum Electron., 39(9), pp. 789–792. DOI:http://dx.doi.org/10.1070/QE2009v039n09ABEH014075 7. Nikolaev, S. V., Pozhar, V. V., Dzyubenko, M. I., 2010. Lasing properties of active medium based on Sulfo- rhodamine 101 incorporated into commercial polyure- thane compound. Quantum Electron., 40(12), pp. 1112–1115. DOI:http://dx.doi.org/10.1070/QE210 v040n12ABEH014425 8. Nikolaev, S. V., Pozhar, V. V., Dzyubenko, M. I., 2011. Study of emission features of solid-state dye la- sers at a transverse method of excitation. Radiofizika i elektronika, 2(16)(2), pp. 55–62 (in Russian). 9. Nikolaev, S. V., Pozhar, V. V., Dzyubenko, M. I., 2012. Research of new solid-state active media on the basis of industrial polyurethane compounds, activated by dyes. Radiofizika i elektronika, 3(17)(2), pp. 80–86 (in Russian). 10. Nikolaev, S. V., Pozhar, V. V., Dzyubenko, M. I., 2014. The influence of refractive index anisotropy on the optical and emission characteristics of laser matri- ces on the basis of the dye-doped polyurethanes. Ra- diofizika i elektronika, 5(19)(3), pp. 55–60 (in Russian). 11. Nikolaev, S. V., Pozhar, V. V., Dzyubenko, M. I., Ni- kolayev, K. S., 2016. Solid-state dye laser with disper- sive resonator. Telecommunications and Radio Engi- neering, 75(3), pp. 255–263. DOI:10.1615/TelecomRadEng. v75.i3.70 Рукопись поступила 30.08.2018. S. V. Nikolaev, V. V. Pozhar, M. I. Dzyubenko, K. S. Nikolayev SOLID ACTIVE MEDIA FOR TUNABLE LASERS ON THE BASIS OF DYE-DOPED POLYURETHANES Subject and purpose. This article is devoted to a brief review of the main results of the research cycle aimed at developing solid active media based on dye-activated poly- urethane compounds. The ultimate goal of these studies was the creation of solid-state active elements that make it possible to realize a wide-band solid-state dye laser (SSDL), which emits frequency-tunable radiation with a microsecond pulse duration. Methods and methodology. The problem was solved mainly by experimental methods. At the same time, the studies carried out included a full range of works from the production of samples of solid-state active media to the study of the generation characteristics of the active ele- ments created. Results. In the course of the work, laser-active media based on industrial polyurethanes of various grades activat- ed with Rhodamin 6G, Sulforhodamine 101, Oxazin 17, and Oxazin 1 dyes were created, and their spectral- luminescent characteristics were studied. Experimental samples of laser matrices were made. The optical proper- ties of the media created were studied, and the influence of the technique of making samples on the nature of possible distortions of their optical homogeneity was determined. The emission ability of polyurethane matrices was studied. With transverse monochromatic excitation, laser emission on polyurethane matrices was obtained with an efficiency of 12 to 26% and energies from 23 to 127 mJ. Radiation resistance and possible service life of polyurethane media were investigated. The thermo-optical properties of polyurethane active media and their effect on the directivity of SSDL radiation were studied. The effect of induced birefringence, which occurs under conditions of asymmetric pumping of micro- second duration, was observed. It was found that under such conditions, polyurethane active elements emit pola- rized radiation even when excited by depolarized light. The possibilities of narrowing and tuning the emission spectrum of polyurethane matrices in dispersive resonators with angular and amplitude types of selection were investigat- ed. The laboratory model of a tunable SSDL with replace- able polyurethane laser elements, generating a pulsed ra- diation of a microsecond duration in the spectral range of 565...700 nm, was created and tested. Conclusions. The results of the performed studies al- low us to conclude that industrial polyurethane compounds file:///E:/журнал/23№4/10.1615/TelecomRadEng.v75.i3.70 file:///E:/журнал/23№4/10.1615/TelecomRadEng.v75.i3.70 http://dx.doi.org/10.1070/%20QE2000v030n12ABEH001862 http://dx.doi.org/10.1070/%20QE2000v030n12ABEH001862 https://doi.org/10.1007/s003400100646 doi:%20https://doi.org/10.1134/1.1387547 http://dx.doi.org/10.1070/%20QE2006v036n08ABEH013286 http://dx.doi.org/10.1070/%20QE2006v036n08ABEH013286 http://dx.doi.org/10.1070/QE2009v039n09ABEH014075 http://dx.doi.org/10.1070/%20QE2010v040n12ABEH014425 http://dx.doi.org/10.1070/%20QE2010v040n12ABEH014425 file:///E:/журнал/23№4/10.1615/TelecomRadEng.v75.i3.70 file:///E:/журнал/23№4/10.1615/TelecomRadEng.v75.i3.70 С. В. Николаев и др. / Твердотельные активные среды… ____________________________________________________________________________________________________ ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 4 107 can be successfully used as solid media for active elements of SSDL. Keywords: solid-state dye laser, polyurethane active medium. С. В. Ніколаєв, В. В. Пожар, М. І. Дзюбенко, К. С. Ніколаєв ТВЕРДОТІЛЬНІ АКТИВНІ СЕРЕДОВИЩА ДЛЯ ПЕРЕСТРОЮВАНИХ ЛАЗЕРІВ НА ОСНОВІ АКТИВОВАНИХ БАРВНИКАМИ ПОЛІУРЕТАНІВ Предмет і мета роботи. Статтю присвячено корот- кому огляду основних результатів циклу досліджень, спрямованих на розробку твердотільних активних се- редовищ на основі активованих барвниками поліурета- нових компаундів. Кінцевою метою цих досліджень було створення твердотільних активних елементів, що дозволяють реалізувати широкодіапазонний твердо- тільний лазер на барвниках (ТЛБ), що генерує пере- строюване за частотою випромінювання з мікросекунд- ною тривалістю імпульсів. Методи і методологія роботи. Поставлена задача вирішувалася переважно експериментальними метода- ми. Проведені дослідження включали в себе повний цикл робіт – від виготовлення зразків твердотільних активних середовищ до вивчення генераційних харак- теристик створених активних елементів. Результати роботи. У ході виконання роботи ство- рено лазерно-активні середовища на основі промисло- вих поліуретанів різних марок, активованих барвника- ми Родамін 6G, Сульфородамін 101, Оксазін 17 і Окса- зін 1, і досліджено їх спектрально-люмінесцентні харак- теристики. Виготовлено експериментальні зразки лазер- них матриць. Вивчено оптичні якості створених сере- довищ, і визначено вплив методики виготовлення зраз- ків на характер можливих спотворень їх оптичної од- норідності. Вивчено генераційну спроможність полі- уретанових матриць. При поперечному монохроматич- ному збудженні отримана лазерна генерація на полі- уретанових матрицях з ефективністю від 12 до 26 % і енергією від 23 до 127 мДж. Досліджено променеву стійкість і можливий ресурс роботи поліуретанових середовищ. Вивчено термооптичні властивості полі- уретанових активних середовищ і їхній вплив на спря- мованість випромінювання ТЛК. Виявлено ефект наве- деного двопроменезаломлення, що виникає в умовах несиметричного накачування мікросекундної трива- лості. Встановлено, що в таких умовах поліуретанові активні елементи генерують поляризоване випроміню- вання навіть при збудженні неполяризованим світлом. Досліджено можливості звуження і перестроювання спектра генерації поліуретанових матриць у дисперсій- них резонаторах з кутовим і амплітудним типами селекції. Створено та випробувано лабораторний макет ТЛБ з керованим спектром зі змінними поліуретанови- ми лазерними елементами, що генерує імпульсне ви- промінювання мікросекундної тривалості в спектраль- ному діапазоні 565...700 нм. Висновок. Результати проведених досліджень до- зволяють зробити висновок, що промислові поліурета- нові компаунди можуть бути успішно використані в якості твердих середовищ для активних елементів ТЛБ. Ключові слова: твердотільний лазер на барвниках, поліуретанове активне середовище.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-150245
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1028-821X
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T17:44:13Z
publishDate	2018
publisher	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
record_format	dspace
spelling	Николаев, С.В. Пожар, В.В. Дзюбенко, М.И. Николаев, К.С. 2019-04-02T19:18:16Z 2019-04-02T19:18:16Z 2018 Твердотельные активные среды для перестраиваемых лазеров на основе активированных красителями полиуретанов / С.В. Николаев, В.В. Пожар, М.И. Дзюбенко, К.С. Николаев // Радіофізика та електроніка. — 2018. — Т. 23, № 4. — С. 95-107. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1028-821X PACS: 42.55.Mv, 42.55.Rz, 42.70.Jk DOI: https://doi.org/10.15407/rej2018.04.095 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/150245 621.373.826.038.825 Статья посвящена краткому обзору основных результатов цикла исследований, направленных на разработку твердотельных активных сред на основе активированных красителями полиуретановых компаундов. Конечной целью этих исследований являлось создание твердотельных активных элементов, позволяющих реализовать широкодиапазонный твердотельный лазер на красителях (ТЛК), генерирующий перестраиваемое по частоте излучение с микросекундной длительностью импульсов. Статтю присвячено короткому огляду основних результатів циклу досліджень, спрямованих на розробку твердотільних активних середовищ на основі активованих барвниками поліуретанових компаундів. Кінцевою метою цих досліджень було створення твердотільних активних елементів, що дозволяють реалізувати широкодіапазонний твердотільний лазер на барвниках (ТЛБ), що генерує перестроюване за частотою випромінювання з мікросекундною тривалістю імпульсів. This article is devoted to a brief review of the main results of the research cycle aimed at developing solid active media based on dye-activated poly-urethane compounds. The ultimate goal of these studies was the creation of solid-state active elements that make it possible to realize a wide-band solid-state dye laser (SSDL), which emits frequency-tunable radiation with a microsecond pulse duration. ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Радіофізика та електроніка Прикладная радиофизика Твердотельные активные среды для перестраиваемых лазеров на основе активированных красителями полиуретанов Твердотільні активні середовища для перестроюваних лазерів на основі активованих барвниками поліуретанів Solid active media for tunable lasers on the basis of dye-doped polyurethanes Article published earlier
spellingShingle	Твердотельные активные среды для перестраиваемых лазеров на основе активированных красителями полиуретанов Николаев, С.В. Пожар, В.В. Дзюбенко, М.И. Николаев, К.С. Прикладная радиофизика
title	Твердотельные активные среды для перестраиваемых лазеров на основе активированных красителями полиуретанов
title_alt	Твердотільні активні середовища для перестроюваних лазерів на основі активованих барвниками поліуретанів Solid active media for tunable lasers on the basis of dye-doped polyurethanes
title_full	Твердотельные активные среды для перестраиваемых лазеров на основе активированных красителями полиуретанов
title_fullStr	Твердотельные активные среды для перестраиваемых лазеров на основе активированных красителями полиуретанов
title_full_unstemmed	Твердотельные активные среды для перестраиваемых лазеров на основе активированных красителями полиуретанов
title_short	Твердотельные активные среды для перестраиваемых лазеров на основе активированных красителями полиуретанов
title_sort	твердотельные активные среды для перестраиваемых лазеров на основе активированных красителями полиуретанов
topic	Прикладная радиофизика
topic_facet	Прикладная радиофизика
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/150245
work_keys_str_mv	AT nikolaevsv tverdotelʹnyeaktivnyesredydlâperestraivaemyhlazerovnaosnoveaktivirovannyhkrasitelâmipoliuretanov AT požarvv tverdotelʹnyeaktivnyesredydlâperestraivaemyhlazerovnaosnoveaktivirovannyhkrasitelâmipoliuretanov AT dzûbenkomi tverdotelʹnyeaktivnyesredydlâperestraivaemyhlazerovnaosnoveaktivirovannyhkrasitelâmipoliuretanov AT nikolaevks tverdotelʹnyeaktivnyesredydlâperestraivaemyhlazerovnaosnoveaktivirovannyhkrasitelâmipoliuretanov AT nikolaevsv tverdotílʹníaktivníseredoviŝadlâperestroûvanihlazerívnaosnovíaktivovanihbarvnikamipolíuretanív AT požarvv tverdotílʹníaktivníseredoviŝadlâperestroûvanihlazerívnaosnovíaktivovanihbarvnikamipolíuretanív AT dzûbenkomi tverdotílʹníaktivníseredoviŝadlâperestroûvanihlazerívnaosnovíaktivovanihbarvnikamipolíuretanív AT nikolaevks tverdotílʹníaktivníseredoviŝadlâperestroûvanihlazerívnaosnovíaktivovanihbarvnikamipolíuretanív AT nikolaevsv solidactivemediafortunablelasersonthebasisofdyedopedpolyurethanes AT požarvv solidactivemediafortunablelasersonthebasisofdyedopedpolyurethanes AT dzûbenkomi solidactivemediafortunablelasersonthebasisofdyedopedpolyurethanes AT nikolaevks solidactivemediafortunablelasersonthebasisofdyedopedpolyurethanes

Твердотельные активные среды для перестраиваемых лазеров на основе активированных красителями полиуретанов

Репозитарії

Схожі ресурси