4.4.4. 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).