Лазеры на красителях с распределенной обратной связью

Лазеры на красителях с распределенной обратной связью начинают играть все большую роль в качестве активных элементов интегральной оптики. Первый лазер на красителе с распределенной обратной связью был описан Когельником и Шенком. Они получили систему с распределенной обратной связью путем наведения периодических пространственных изменений показателя преломления п. Изменение показателя преломления описывалось выражениемп(n(z)=n+n , где z измеряется вдоль оптической оси, К= , где -период пространственной модуляции, а n - ее амплитуда. Они достигли порога в ЛК при n >10 . Это было осуществлено при засветке дихроматической желатиновой пленки системой интерференционных полос, возникающих при сложении двух когерентных световых пучков ультрафиолетового излучения Не-Cd-лазера. После экспозиции желатиновая пленка обрабатывалась обычным способом и замачивалась в растворе родамина 6G, для того чтобы краситель проник в поры желатинового слоя. После сушки пленку возбуждали ультрафиолетовым излучением азотного лазера в поперечной схеме накачки: При плотности накачки 1МВт был достигнут порог генерации и наблюдалось излучение лазера на красителе в области 630нм. Спектральная ширина линии излучения была меньше 0,05 нм. В однородном желатине при тех же условиях накачки возникало излучение со спектральной шириной 5 нм и центром в области 590 нм.

а) Шенк с сотрудниками разработали усилитель с распределенной обратной связью, создаваемой периодическим пространственным изменением усиления в растворе красителя. Они использовали экспериментальную установку для накачки раствора родамина бG двумя когерентными интерферирующими лучами рубинового лазера с удвоенной частотой, пересекающимися под углом 28 . В этом случае длина волны лазера на красителе определяется выражением , где - показатель преломления раствора красителя на длине волны

генерации , а - длина волны накачки. Таким образом, перестройку можно получать, варьируя либо , либо (рис. 90).

При пиковой мощности накачки 180 кВт пиковая выходная мощность ЛК с распределенной обратной связью составляла 36 кВт. Спектральная ширина линии излучения при уменьшенной мощность накачки была меньше 1пм и, по-видимому, определялась одной модой.

б) Другой метод получения распределенной обратной связи описан Камин овым с сотрудниками. Был использован образец полиметилметакрилата размером 4xlOx38 мм с добавкой родамина бG при концентрации 8 . В этом образце наводились две трехмерные фазовые решетки размером приблизительно 2х2х2 мм путем двухминутного освещения двумя пересекающимися ультрафиолетовыми пучками Не-Cd-лазера мощностью 0,7мВт каждый. Накачка образца производилась второй гармоникой лазера на неодимовом стекле. Спектр выходного излучения вблизи порога состоял из одной сильной линии шириной 0,5 пм.

Форк с сотрудниками сообщили еще об одной возможности создания фазовой решетки в полиметилметакрилате. Они растворяли родамин 6G-тозилат и фотодимеры акридициниум- этилгексансульфоната с концентрацией соответственно 2 ммоль и 0,1 в метилме-акрилате и акриловой кислоте. При полимеризации раствора получалась твердая прозрачная пластмасса. Из нее вырезался и полировался образец размером 10х10х1 мм . Предварительно фотодимеры на глубине до 80 мкм разрушались путем освещения, стирающим излучением ртутной лампы с длиной волны 313 нм, затем при освещении двумя пересекающимися записывающими лучами аргонового лазера фотодимеры селективно восстанавливались в виде решетки. Потом образец возбуждался импульсом излучения неонового лазера мощностью 10 кВт, сфокусированного на образец цилиндрической линзой. Спектр выходного излучения состоял из нескольких узких спектральных линий с периодом.

Вместо распределенной обратной связи внутри лазерного пучка можно создать' обратную связь для затухающей волны (проникающей в область меньшего показателя преломления) и усиление основного лазерного пучка, если использовать раствор красителя в соприкосновении с наведенной решеткой (рис. 91). В экспериментальном устройстве использовались плоская покровная кварцевая пластина и раствор родамина бG при концентрации 3 в бензиловом спирте или в смеси бензилового и этилового спиртов. Обратная связь создавалась решеткой, образуемой в желатиновой пленке на стеклянной подложке. Варьируя относительные показатели преломления раствора красителя и желатиновой пленки, можно получить усиление основной волны и обратную связь для затухающей волны либо усиление затухающей волны и обратную связь для основной волны.

Рис. 90. Экспериментальная схема лазера на красителе с распределенной обратной связью.

Рис. 91. Лазер с распределенной обратной связью,

создаваемой решеткой в желатиновой пленке, нанесенной на подложку (разрез).