Введение 3
1 Физические принципы генерации органических соединений
красителя 5
1.1 Принцип работы лазера 5
1.2 Принцип работы лазеров на красителях 6
1.3 Схемы уровней энергии 8
1.4 Схемы оптической накачки 9
2 Виды лазеров на красителях 11
2.1 Твердотельные лазеры на красителях 11
2.2 Волноводные лазеры на красителях 12
3 Фотовозбуждаемая тонкопленочная структура 22
3.1 Методики создания тонкопленочных структур 22
3.2 Методы ввода и вывода излучения для тонкопленочного волновода 24
4 Экспериментальная техника и методика эксперимента 27
4.1 Создание лазерно-активных тонкопленочных структур 27
4.2 Объекты и схема исследования 28
4.3 Генерационные характеристики борфторидных дипирроментов комплексов BODIPY 31
Заключение 36
Список использованных источников и литературы 38
Продолжается поиск новых и мощных источников излучения, способных излучать одновременно несколько длин волн. Также данные излучение, получаемое этими источниками должно быть когерентным и не требовать сильной интенсивности. Они потребность в них может быть в таких областях, как оптоэлектроника, биомедицина, онтогенетика, охрана окружающей среды (определение фосфатов, концентрация газов и т.д.) в качестве химических сенсоров, работающих в режиме реального времени.
Оптические химические сенсоры занимают одной из ключевых мест среди различного типа химических датчиков. Поскольку они хорошо устойчивы к помехам, такие как электромагнитные и радиационные. Среди таких сенсоров проявляют интерес к созданию датчиков на основе тонкопленочного фотовозбужадемого органического лазера [1]. Работа по изучению генерации в фотовозбуждаемых тонких пленках и определение порога генерирования дает право выбрать наиболее высокоперспективные соединения для возможного использования их в качестве сенсоров.
Лазер, на основе тонкой пленки, для фотовозбуждения представляет собой планарную волноводную структуру, содержащую органическую лазерно-активную среду в виде тонкой пленки, нанесенной на подложку. Возбуждение лазерно-активной среды производится внешним источником оптической накачки, и может осуществляться как в продольном, так и в поперечном вариантах. Лазерное излучение, генерируемое в активном волноводе, распространяется по нему виде волноводных ТЕ-, ТМ- мод и состоит из дискретного набора частот, определяемого размерами волновода [2].
Если лазер влияет на какие-либо вещества (в виде изменений спектральных или амплитудных характеристик), то можно создать специальный датчик, с использование лазерно-активной среды. Эти сенсоры работают в пороговых режимах генерации, откликаются на малейшие изменения в окружающей среде, что вызывает изменения показателей лазерной генерации в течение короткого промежутка времени [2].
В связи с вышеизложенным, целью данной работы является выявление особенностей генерации диппироментов в условиях планарного волновода с дальнейшим созданием сенсоров.
Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:
а) Работа с литературой и её анализ по теме «Принципы лазеров на красителях», «Принципы распределения света в волноводной структуре» и «Оптические сенсоры»;
б) Подготовка литературного обзора по теме «Принципы волноводных лазеров в сенсорах»;
в) Создание тонкопленочного волноводного лазера для сенсорных применений;
г) Исследование его генерационных характеристик;
д) Обсуждение результатов, написание работы.
В работе исследовался тонкопленочный возбуждаемый лазер на основе ПММА, допированного 2,2’-bisBODIPY.
Приобретены навыки работы с YAG-Nd3+лазером. Освоен аппаратно-программный спектрометрический комплекс AvaSpec-2048. Были получены спектры люминесценции и генерации.
Рассмотрена литературы по теме «Принципы лазеров на красителях», «Принципы распределения света в волноводной структуре» и «Оптические сенсоры».
Работа с литературой и ей анализ показал, что исследователи очень заинтересованы в использовании волноводных лазерно-активных сред датчиках -сенсорах.
Изучены особенности создания тонкопленочных структур. Сделан вывод, что метод центрифугирования (spin coating) самый простой и лучший способ создания тонких пленок. Так пленки получаемые данным метод имею отличную однородность, и их толщина может составлять от нанометра до нескольких микрометров
Создан тонкопленочный волноводный лазера для сенсорных применений.
Подробно исследованы спектрально-люминесцентные и генерационные характеристики фотовозбуждаемого планарного волновода из полиметилметакрилата, допированного борфторидными комплексами дипиррометенов 2,2’-bisBODIPY, вблизи порога генерации.
Показано, что вблизи порога генерации в активном планарном волноводе сначала происходит сужение линии генерации, а затем уже экспоненциальный рост интенсивности излучения.
Проведено сравнение генерационных свойств 2,2’-bisBODIPY фотовозбуждаемого планарного волновода при возбуждение лазерным излучением второй гармоникой (532 нм) YAG-Nd3+лазера и 2,2’-bisBODIPY при накачке третьей гармоникой (355 нм) YAG-Nd3+лазера. Отмечены их особенности.
