Люминесцирующий жидкостный фильтр для неодимовых твердотельных лазеров

 

Использование: лазерная техника, системы охлаждения лазеров. Сущность: люминесцирующий фильтр для неодимовых твердотельных лазеров на основе раствора кумарина - 7 в пропиленгликолькарбонате при концентрации красителя (2·10^-4-10^-2) моль/л и фотостабилизатора Диацетама - 5 в концентрации (2·10^-4-10^-2) моль/л обеспечивает повышенный ресурс работы. 1 табл.

Изобретение относится к лазерной технике, в частности к системам охлаждения лазеров.

Известны люминесцирующие жидкостные фильтры (ФЛЖ), которые совмещают функции охлаждения лазеров и переизлучение коротковолновой части излучения накачки в полосы поглощения неодимовой активной среды (1).

ФЛЖ, как правило, представляют собой раствор люминесцирующего красителя в жидкостном теплоносителе. В составах ФЛЖ для лазеров на неодимовом стекле используются красители, люминесцирующие в зеленой области спектра (λ = 520-530 нм), что соответствует первой основной полосе поглощения активного элемента.

Прототипом изобретения является ФЛЖ для неодимового лазера, представляющая собой раствор кумарина-7 в этаноле в концентр. 10^-3моль/л (2).

Недостатком известного состава ФЛЖ является невысокий ресурс работы.

Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение ресурса работы ФЛЖ в лазере.

Поставленная задача достигается тем, что в раствор кумерина-7 в пропиленгликолькарбонате (ПГК) при концентрации красителя 2 ˙ 10^-4-10^-2моль/л вводится фотостабилизатор Диацетам-5 в концентрации 2 ˙ 10^-4-10^-2 моль/л. Применение в качестве растворителя ПГК и введение в раствор Диацетам-5 в качестве фотостабилизатора не ухудшает люминесцентных характеристик ФЛЖ, но увеличивает ресурс его работы.

Диацетам-5 (ТУ 6-14-22-188-87) является уникальной добавкой, так как использование других: феррацена, ионола, ацетама-88, препарата 22-46 и др. в указанных концентрациях не только не привело к увеличению ресурса, но и в некоторых случаях вызывало ухудшение спектральных свойств ФЛЖ. Отметим также, что использование Диацетама-5 для увеличения ресурса на основе других растворителей также не приводило к положительному эффекту. Применение фотостабилизатора Диацетама-5 целесообразно только с накачкой активного элемента излучением с длиной волны, большей 350 нм.

Для изготовления образцов ФЛЖ были использованы кумарин-7 "ДКЭ", Диацетам-5 марки "ч" и ПГК, очищенный вакуумной перегонкой.

Стабильность люминесцентных характеристик и, следовательно, ресурс работы лазера оценивали следующим образом.

Известно, что под действием излучения импульсной лампы (ИЛ) ФЛЖ частично разрушается, ухудшает свои люминесцентные характеристики, при этом ее эффективность снижается. Эффективность люминесцирующей ФЛЖ удобно характеризовать величиной Θ_л.

Θ_л = , где U_ФЛЖ - выход излучателя ИЛ с использованием слоя ФЛЖ в оболочке вокруг ИЛ; U - выход излучения ИЛ при использовании прозрачного теплоносителя.

В качестве величины, характеризующей нестабильность ФЛЖ (ресурс работы), можно применять значение удельной нагрузки (w), при которой эффективность ФЛЖ Θ_л^кон снижается до 1,5, что примерно соответствует тому, что энергия генерации лазера с использованием ФЛЖ равна энергии генерации - без нее.

w = где N - число вспышек ИЛ, Е - энергия накачки, V - объем облучаемого раствора.

При проведении опытов источником накачки служила импульсная лампа ИНПИ-5/75А. Лампа помещалась в кварцевую кювету, в которую поочередно заливались исследуемые образцы ФЛЖ и прозрачный нелюминесцирующий теплоноситель (ПГК). Энергия вспышки составляла 100 ДЖ, частота повторения импульсов 1-0,1 Гц. ФЛЖ не прокачивалась, охлаждение кюветы было принудительное, воздушное, температура жидкости в кювете не превышала 52^оС. Излучение регистрировалось фотодиодом, перед которым помещался светофильтр с полосой пропускания в области длин волн 500-550 нм.

Сущность изобретения поясняется примерами, приведенными в таблице, где указан состав образцов для испытаний и значениях Θ_л^нач и w( Θ_л^кон=1,5).

Люминесцирующий жидкостной фильтр готовился последовательным растворением кумарина-7 и Диацетама-5 в пропиленгликолькарбонате в соответствующих концентрациях.

Как видно из таблицы, использование в составе ФЛЖ фотостабилизатора Диацетама-5 в концентрации (2 ˙ 10^-4-10^-2) моль/л позволяет увеличить ресурс работы ≈в 10 раз по сравнению с прототипом, при выходе за указанные пределы концентрации Диацетама-5 положительного эффекта не наблюдается (примеры 8,9).

Формула изобретения

ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИЙ ЖИДКОСТНОЙ ФИЛЬТР ДЛЯ НЕОДИМОВЫХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ с накачкой активного элемента излучением с длиной волны, большей 350 нм, представляющий собой раствор красителя Кумарина-7 в органическом растворителе, отличающийся тем, что в качестве растворителя он содержит пропиленгликолькарбонат и дополнительно - Диацетам-5 в качестве фотостабилизатора при следующем соотношении ингредиентов, моль/л: Кумарин-7 - 2 · 10^-4 - 10^-2 Диацетам-5 - 2 · 10^-4 - 10^-2 Пропиленгликолькарбонат - Остальное до 1 л

РИСУНКИ

Рисунок 1