Активный лазерный элемент на эпоксиполимере

Твердотельные лазеры на красителях нашли широкое применение в исследовании загрязнения окружающей среды и продуктов питания тяжелыми металлами и прочими вредными веществами. Для них были созданы активные лазерные элементы на основе различных материалов. Красители внедрялись в различные среды: в полиметилметакрилат, эпоксиполимеры, пористые стекла и т.д.

В работах [1-3] было показано, что свойства активных лазерных элементов на основе эпоксиполимерной матрицы и матрицы из пористого стекла с внедренными в них одинаковыми красителями схожи. Технология изготовления эпоксиполимерных матриц более проста, чем пористых стекол, поэтому эпоксиполимерные матрицы имеют свои преимущества.

Лазерные элементы на основе эпоксиполимеров выполняется различной формы, например, в виде дисков.

В работе [1] было показано, что лазерные матрицы на основе эпоксиполимеров обладают относительно невысокой твердостью (по Бринелю 140-500 Мпа). Твердость материала влияет на чистоту обработки его поверхности. Твердость стекол в значительной степени выше твердости эпоксиполимеров. Стекла имеют различную твердость в зависимости от их химического состава в пределах 4000... 10000 МПа, что находится между твердостью апатита и кварца [4]. Поэтому поверхность стекла можно обработать значительно чище, чем поверхность эпоксиполимера, кроме того, стеклянная поверхность менее подвержена механическим повреждениям, таким как царапины, чем эпоксиполимер. Следовательно, и потери световой энергии на рассеяние при прохождении через стекло будут ниже, чем через эпоксиполимер.

В работе [5] был представлен активный лазерный элемент из эпоксиполимера, активированного органическими красителями, который расположен между двумя стеклянными пластинами, диаметр которых совпадает с диаметром диска, рис.1.

Активный лазерный элемент 2 из эпоксиполимера, активированного красителями заключен между двумя тонкими стеклянными пластинами 1, выбранными таким образом, что их коэффициент преломления равен коэффициенту преломления эпоксиполимера, из которого изготовлен активный лазерный элемент 2. Стеклянные пластины 1 укрепляются на активном лазерном элементе 2 с помощь эпоксиполимера путем склеивания.

Коэффициент преломления эпоксиполигомера n =1,501. Стекла следует выбирать следующего состава: Si-B 2 O 5 BaO-Na 2 O-K 2 O-As 2 O 3 ; Si-O₂_Al₂O₃; SiO₂-Li₂O и др. Равенство коэффициентов преломления стеклянных пластин и эпоксиполимера можно достичь путем подбора концентрации ингредиентов стекла [1].

Излучение накачки падает на стеклянную пластину 1 и проникает в активный лазерный элемент 2 не претерпевая преломления на границе раздела сред «стекло-эпоксиполимер», т.к. их коэффициенты преломления равны. Под действием излучения накачки краситель люминесцируют.

Рисунок 1 - Активный лазерный элемент на эпоксиполимере:

1 - стеклянная пластина; 2 – эпоксиполимер, активированный красителями.

Представленный выше лазерный элемент выполнен из составляющих деталей с различными коэффициентами линейного расширения, поэтому во избежание разрушения конструкции от нагрева ее целесообразно помещать в радиатор. В работах [1,6] были представлены различные конструкции радиаторов для лазерных элементов.

Высокая твердость стекол, по сравнению с эпоксиполимерами позволяет путем механической обработки, достичь высокую чистоту их поверхности, что приводит к снижению потерь излучения накачки и люминесценции, вызванные рассеянием от поверхности.

Применение радиатора снизит рабочую температуру активного лазерного элемента и позволит избежать критических значений напряжений, вызванных различными коэффициентами линейного расширения деталей, составляющих его конструкцию и избежать разрушения.

АКТИВНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ НА ЭПОКСИПОЛИМЕРЕ