На сегодняшний день проблемой современной квантовой электроники является создание перестраиваемого в широком диапазоне длин волн лазерного источника, имеющего малые габариты и энергопотребление. Тип лазеров, позволяющий осуществлять плавную перестройку длины волны генерации в широких пределах, это лазеры на красителях. Изначально активной средой такого типа лазеров были растворы органических красителей, что значительно снижало удобство их эксплуатации и сужало область использования таких лазерных систем. В настоящее время, создаются твердотельные активные среды перестраиваемых лазеров с параметрами, не уступающими параметрам растворов. Органические тонкопленочные фотовозбуждаемые лазеры представляют собой особый интерес, поскольку могут быть использованы в спектроскопии, оптоволоконных системах связи, медицине, телекоммуникациях и сенсорике
В настоящее время в мире активно ведутся работы по созданию лазеров такого типа. Достигнуты большие успехи французской группой Chenais, которые показали, что фотовозбуждаемые тонкопленочные лазеры с высокой эффективностью могут быть созданы. Группой А. Хигера было показано, что при фотовозбуждении тонких пленок генерация может развиваться и в полимерных веществах (MEH-PPV), обладающих полупроводниковыми свойствами [2]. На этих же полимерных материалах созданы эффективно излучающие органические светодиоды и транзисторы. Эти результаты внушают надежду на то, что может быть создан органический лазер с инжекционной накачкой.
Между тем существуют проблемы при создании тонкопленочных лазеров. Основная из них - это низкая фотостабильность органических материалов, из которых состоит тонкая пленка (краситель, полимер). При фотодеструкции материалов образующиеся продукты могут эффективно поглощать излучение генерации и/или накачки, приводя к снижению эффективности лазера и срыву генерации.
Целью настоящей работы является получение вынужденного излучения в органических пленках при фотовозбуждении. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
• выполнение аналитического обзора по существующим видам резонаторов;
• изучение влияния состава и толщины пленки на характеристики генерации;
• получение вынужденного излучения при продольной и поперечной накачке в органических пленках.
Основные положения, выносимые на защиту:
При накачке излучением YAG-Nd3+ лазера (л 532 нм, энергия в импульсе 2 МВт/см2, длительность импульса 10 нс) органической полимерной пленки с концентрацией красителя Р800 равной 10-4 моль/л в ПММА и толщиной 20 мкм имеет место генерация при продольной накачке на длине волны 786 нм, с КПД ~ 1%, полушириной полосы излучения ~ 6 нм и порогом генерации, равным 10,4 МВт/см2.
При накачке излучением YAG-Nd3+ лазера (л 532 нм, энергия в импульсе 2 МВт/см2, длительность импульса 10 нс) лазерного активного элемента, состоящего из двух стеклянных подложек и органической пленки с распределением 0,2 мг ПМ 597 на 100 мг фотоотверждаемой эпоксидной смолы, толщиной 95 мкм, имеет место генерация при квази-продольной накачке на длине волны 578 нм, с КПД « 3,4 %, полушириной полосы излучения 5 ~ нм и порогом генерации, равным 1,8 МВт/см2.
Достоверность результатов:
Достоверность первого и второго защищаемых положений основывается на факте получения генерации пленочных лазерно - активных сред, использования современных спектральных приборов, поверенных и калиброванных с известными характеристиками.
Достоверность второго защищаемого положения обеспечивается согласованием экспериментальных данных с данными, полученными S. Chenais в 2013 году.
Научная новизна первого защищаемого положения заключается в реализации продольной накачки для изученной ЛАС.
Научная новизна второго защищаемого положения состоит в выявлении зависимости КПД генерации от площади возбуждения и толщины исследованной пленки.
Практическая значимость НПВЗ - 2 состоит в том, что содержащийся в нём способ изготовления пленочной ЛАС позволяет получить равномерно распределённые по подложке пленки толщиной более чем 100 мкм, что служит преимуществом.
Выполнен литературный обзор по лазерам на красителях и о применяемых резонаторах, их достоинствах и недостатках. Рассмотрены предпосылки создания тонкопленочного фотовозбуждаемого органического лазера.
В ходе проделанной работы было показано, что в органических пленках, допированных Р800 в продольной накачке может быть получено лазерное излучение в диапазоне 750-800 нм при соответствующем выборе зеркал резонатора. Также показано, что эффект ПВО вносит потери. Квази - продольная накачка менее требовательна к спектральным характеристикам зеркал резонатора (по сравнению с продольной) что позволило перейти к исследованию органических пленок излучающих в более коротковолновой области (от 540 нм и далее). Исходя из чего в органических пленках, допированных ПМ597 в квази-продольной накачке было получено лазерное излучение в диапазоне 570-580нм. Были сделаны пленки на основе красителей двух классов (родамины и пиррометены) и изучены их спектрально-люминесцентные характеристики. Была исследована зависимость КПД генерации от площади возбуждения и толщины созданных пленок. Установлено, что КПД генерации пленочной ЛАС при продольной накачке зависит от площади накачки 8нак. Так, при больших 8нак продольная генерация отсутствует. При размерах пятна накачки сопоставимых с толщиной пленки КПД генерации имеет максимальные значения.
