WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 1997, том 67, № 10 07 Активные среды лазеров на основе окрашенных эпоксидных и триазинсодержащих полимеров © Ю.В. Коробкин1, О.И. Сидоров2, В.Б. Студенов1 1 Научно-исследовательский химико-технический институт, 140056 Дзержинский, Московская область, Россия 2 Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, 117942 Москва, Россия (Поступило в Редакцию 12 октября 1994 г. В окончательной редакции 27 мая 1997 г.) Рассмотрены вопросы синтеза активных сред лазеров на основе окрашенных термореактивных полимеров, исследованы их генерационные характеристики.

Разработка активных сред композитов, характеризуются высокой теплостойкостью, что обусловлено наличием в их химической структуре лазеров на основе окрашенных жестких, термически устойчивых фрагментов следуютермореактивных полимеров щего строения [9] (рис. 1). Данная структура дает возможность получать оптически прозрачные полимеОдним из актуальных направлений в квантовой элекры с высокими физико-механическими характеристикатронике является создание перестраиваемых по частоте ми и повышенной теплостойкостью. В качестве критетвердотельных лазеров, в частности на основе окрашенрия теплостойкости принимается температура стеклованых полимеров [1,2]. Наибольшее применение для этой ния [10], существенно (на 100-200 K) превосходящая цели получили активированные красителем термопладанный параметр у эпоксидных полимеров.

стичные полимеры, такие как полиметилметакрилат и Для активации полимеров использовался ксантеноего модификации, полистирол [1–3]. Перспективными вый краситель — родамин C, растворяемый в смеси твердотельными активными средами для перестраиваеэпоксидных олигомеров и ароматическом дифункциомых лазеров являются также термореактивные полименальном мономере при температуре 343-363 K. Отры, активированные красителями, к которым относятся верждение указанных композиций осуществлялось по эпоксидные полимеры [2,4–6]. Это обусловлено налитемпературно-временным режимам, которые обеспечи чием определенных преимуществ применяемых термовали полноту отверждения полимеров и сохранение люреактивных полимеров по сравнению с используемыми минесцентных характеристик красителя.

термопластичными полимерами, что выражается в повыПри изучении свойств эпоксидных и триазинсодершенном значении модуля упругости, твердости и больжащих полимеров определялись следующие характеришей теплостойкости. Причем последняя характеристистики (см. таблицу): плотность методом гидростатичека определяет более широкий температурный диапазон ского взвешивания; температура стеклования на основе применения активных сред на основе термореактивных полимеров. Увеличению этого диапазона способствует более низкий температурный коэффициент показателя преломления эпоксидных полимеров по сравнению с полиметилметакрилатом. Термореактивные полимеры, активированные красителем, рассматриваются в качестве сред, перспективных для применения в лазерах большой мощности [7].

В связи с этим настоящая работа посвящена разработке активных сред лазеров на основе окрашенных термореактивных полимеров — эпоксидных и перспективных триазинсодержащих полимеров и исследованию их генерационных характеристик.

Эпоксидные полимеры были получены отверждением смеси эпоксидных олигомеров (дианового и алифатического) элементоорганическим отвердителем [8], триазинсодержащие полимеры — отверждением композиции, содержащей ароматический дифункциональный мономер и эпоксидные олигомеры. Триазинсодержащие полимеРис. 1. Схема образования фрагментов химической структуры ры, применяемые в качестве матриц высокопрочных триазинсодержащих полимеров.

72 Ю.В. Коробкин, О.И. Сидоров, В.Б. Студенов Физико-химические и генерационные характеристики активных сред Концент- Плот- Темпера- Модуль упру- Коэффициент Ширина спек- Центр ли- Дифферен- Порог разСостав рация кра- ность, тура стек- гости при теплопровод- тра люмине- нии гене- цированный рушения, полимера сителя, % г/м3 лования, K изгибе, МПа ности, Вт/м · K сценции, нм рации, нм КПД, % МВт/смСмесь эпоксид- 0.015 1.21 373 2450 0.21 590–615 597 30 ных олигомеров, отвердитель Смесь эпоксид- 0.07 1.21 373 2450 0.21 580–630 600 20 ных олигомеров, отвердитель, ускоритель Ароматический 0.03 1.28 523 3000 - 580–637 620 25 дифункциональный мономер, эпоксидные олигомеры Ароматический 0.033 1.27 503 - - 585–625 624 20 дифункциональный мономер, эпоксидные олигомеры анализа термомеханических кривых [11], полученных с лимеров и активных сред на их основе (уменьшение помощью переоборудованного консистометра Хепплера; поглощения излучения в области накачки и генерации модуль упругости при изгибе путем замера прогиба для полимеров, в области генерации для активных сред) образцов при трехточечном изгибе на переоборудован- необходимы увеличение степени очистки компонентов ном консистометре Хепплера: теплопроводность мето- полимерных композиций, красителя родамин C и оптимизация содержания красителя в активной среде. При дом монотонного режима [12]. Как видно из данных, этом нужно исключить возможность протекания таких приведенных в таблице, трианзинсодержащие полимеры химических реакций красителя с компонентами полихарактеризуются большей плотностью, более высоким мерных композиций, в результате которых изменяются значением температуры стеклования и модуля упругости спектральные характеристики красителя.

при изгибе по сравнению с эпоксидными полимерами.

При исследовании полимерных активных сред было Необходимо также отметить, что в процессе выбора установлено, что краситель вымывается из эпоксидных оптимального состава триазинсодержащих полимеров была показана возможность получения оптически про- полимеров при воздействии кипящим этанолом. Для триазинсодержащих полимерных активных сред такое зрачных триазинсодержащих полимеров с температурой явление не наблюдалось. Это можно объяснить тем, что стеклования 593 K. Полученные данные показывают, что различные температурно-временные режимы отвержде активные среды, создаваемые на основе триазинсодерния эпоксидных и триазинсодержащих полимеров обесжащих полимеров, могут иметь более широкий температурный диапазон эксплуатации и характеризоваться меньшим значением температурного коэффициента показателя преломления по сравнению с известными полимерными активными средами [2,4,6].

Измерения спектров пропускания неактивированных полимеров, полученных с помощью спектрофотометра SPECORD M40, показали, что начиная с 400 нм полимеры прозрачны для излучения видимого диапазона, причем для триазинсодержащих полимеров характерно меньшее поглощение излучения (рис. 2). Спектры пропускания исследуемых активных полимерных сред приведены на рис. 3. Необходимо отметить, что данные спектры представлены без учета влияния Френелевского отражения.

Рис. 2. Спектры пропускания неактивированных полимеров.

Анализ приведенных спектров пропускания показыва1 — эпоксиполимер, толщина L = 4 мм; 2 — триазинсодержает, что для повышения оптических характеристик по- щий полимер, толщина L = 4 мм.

Журнал технической физики, 1997, том 67, № Активные среды лазеров на основе окрашенных эпоксидных и триазинсодержащих полимеров Рис. 3. Спектры пропускания полимеров, активированных красителем родамин С. 1 — эпоксиполимер на основе смеси эпоксидных олигомеров, отвердителя, ускорителя, L = 3.5 мм, концентрация красителя C = 0.07%; 2 — эпоксиполимер на основе смеси эпоксидных олигомеров, отвердителя, L = 5 мм, концентрация красителя C = 0.015%; 3 — триазинсодержащий полимер на основе ароматического дифункционального мономера, L = 4.5 мм, концентрация красителя C = 0.03%.

Рис. 4. Схема химической реакции взаимодействия эпоксидного олигомера с ксантеновым красителем родамин C.

печивают образование твердого раствора родамина C в Исследование генерационных свойств эпоксидных полимерах и дают возможность химически полимеров, активированных красителем связать краситель при получении триазинсодержащих полимеров за счет взаимодействия карбоксильной груп- Схема экспериментальной установки, которая припы красителя с эпоксидными олигомерами с образовани- менялась для исследования генерационных характерием сложноэфирной группы [6] (рис. 4).

стик полимерных активных сред, приведена на рис. 5.

Химическое связывание красителя с триазинсодержа- Активированный красителем полимерный образец щими полимерами дает возможность получать активные прямоугольного сечения помещался в центр резонатора среды с более равномерным (на молекулярном уров- Фабри–Перо длиной 10 cm, образованного зеркалане) распределением красителя в объеме полимера, что ми 18, 19 с коэффициентами отражения 99.5 и 50% приводит к повышению фотостойкости и увеличению соответственно на длине волны = 600 нм. Оптическая ресурса используемых активных сред. накачка образца производилась излучением второй гарЖурнал технической физики, 1997, том 67, № 74 Ю.В. Коробкин, О.И. Сидоров, В.Б. Студенов Спектр люминесценции, длина волны и ширина спектра генерируемого образцом излучения регистрировались с помощью спектрографа 22 с разрешаемым интервалом длин волн менее 1 нм в видимой области спектра. Примеры спектров люминесценции активных сред Рис. 5. Схема экспериментальной установки.

моники импульсного лазера 1 с диафрагмой 2 на концентрированном неодимовом фосфатном стекле (КНФС), состоящего из задающего генератора и усилителя. Длина волны накачки H = 530 нм.

Основным элементом задающего генератора (ЗГ) является активный элемент 8 (АЭ) из КНФС диаметром 6 мм и длиной 100 мм, помещенный в квантрон типа К 301Б. Плоский резонатор Фабри–Перо образован диэлектрическими зеркалами 4 и 9 с коэффициентами отражения 99.8 и 20% на длине волны генерации = 1055 нм. Длина резонатора 1 м. Модуляция добротности резонатора задающего генератора осуществлялась с помощью пассивного затвора на основе кристалла LiF (5), легированного Fe с начальным пропусканием 20%. Для селекции поперечных мод в резонатор вводилась диафрагма 7 диаметром 1.5 мм. Плоскопараллельная пластина 6, расположенная под углом Брюстера к оси резонатора, обеспечивала высокую степень поляризации генерируемого излучения.

Излучение ЗГ, представляющее собой импульсное плоскополяризованное излучение моды TEMooq с длиной волны = 1055 нм, энергией 20 мДж, длительностью 30 нс и шириной спектра 1 нм, усиливалось далее в усилителе 11 на основе АЭ из КНФС диаметром 8 мм и длиной 120 мм, накачиваемого в квантроне типа К 301Б.

Коэффициент усиления 10. Для предотвращения паразитной связи между задающим генератором и усилителем помещалась кювета 10 с раствором полиметинового красителя 2792у в изобутиловом спирте с начальным пропусканием 10%.

Далее лазерное излучение с помощью призм 3 направлялось в кристалл KDP 12, где преобразовывалось во вторую гармонику с эффективностью 50% (2 = 530 мкм). Длина кристалла 30 мм, синхронизм Рис. 6. Спектры люминесценции полимерных активных сред.

типа ooe. Для обеспечения стабильности преобразования 1 — активная среда на основе смеси эпоксидных олигокристалл удвоителя термостатировался при температуре меров, ускорителя и отвердителя, концентрация красителя 25C с точностью до ±0.1C. Выделенное с помощью C = 0.07%; 2 — активная среда на основе ароматического светофильтра СЗС-21 (13) излучение второй гармоники дифункционального мономера, смеси эпоксидных олигомеров, с энергией 10-20 мДж, длительностью 30 нс фокусиконцентрация красителя C = 0.03%; 3 — активная среда на ровалось цилиндрической линзой 16 с фокусным расоснове ароматического дифункционального мономера, смеси стоянием 10 см на боковую поверхность исследуемого эпоксидных олигомеров, концентрация красителя C = 0.033%;

образца 17.

1, 2 — реперные линии (дублет ртути — 577, 579 нм).

Журнал технической физики, 1997, том 67, № Активные среды лазеров на основе окрашенных эпоксидных и триазинсодержащих полимеров Рис. 7. Спектры генерации полимерных активных сред. 1 — активная среда на основе смеси эпоксидных олигомеров, ускорителя и отвердителя, концентрация красителя C = 0.07%; 2 — активная среда на основе ароматического дифункционального мономера, смеси эпоксидных олигомеров, концентрация красителя C = 0.03%; 1, 2, 3 — реперные линии (дуплет ртути 577, 579 нм;

гелий-неоновый лазер 632.8 нм).

на основе эпоксидных и триазинсодержащих полимеров ки, при которой начиналось механическое разрушение приведены на рис. 6. Анализ спектров люминесценции образца.

активной среды на основе триазинсодержащего поли- Генерационные характеристики активных сред и ремера показывает наличие дополнительного максимума зультаты измерений приведены в таблице. Спектры генена длинноволновой границе спектра, что может быть рации активных сред (в таблице соответственно строки объяснено образованием эксимерной молекулы [13,14]. и 3) приведены на рис. 7. Анализ результатов проЭнергия излучения и накачки измерялась при исполь- веденных исследований показывает, что центры линий зовании полупрозрачного зеркала 14 калиброванными генерации зависят от типа применяемых полимеров, фотодиодами ФД-24К (15, 20) и запоминающим осцил- что, возможно, объясняется характером связи красителя лографом С8-17 (21), что позволяло оценить диффе- с полимером. Максимальный коэффициент преобразоренциальный коэффициент полезного действия (КПД) вания достигался при плотностях мощности накачки исследуемых активных сред. За порог разрушения прини- 5 · 106 Вт/см2 и при дальнейшем повышении накачмалась величина плотности мощности излучения накач- ки практически не изменялся. Интересным результатом Журнал технической физики, 1997, том 67, № 76 Ю.В. Коробкин, О.И. Сидоров, В.Б. Студенов можно считать несовпадение центра линии генерации [5] Коробкин Ю.В., Сидоров О.И., Студенов В.Б. // Письма в ЖТФ. 1992. Т. 18. Вып. 16. С. 38–42.

с центром спектра люминесценции при использовании [6] Барашков Н.Н. и др. // Пластмассы. 1993. № 6. C. 39–42.

активных сред на основе триазинсодержащих полимеров.

[7] O’Connel R.M., Saito T.T. // Opt. Engin. 1982. Vol. 22. N 4.

Линия генерации смещалась в длинноволновую область P. 393–398.

спектра люминесценции. Такое смещение линии генера[8] Сидоров О.И., Кузнецова Т.И., Ениколопова Н.Б. и др. // ции можно объяснить совместным влиянием на коэффиТез. докл. конф. ”Полимерные материалы в машиностроециент усиления активной среды спектров поглощения нии”. Ижевск, 1989. С. 48.

и люминесценции [15], учитывая при этом появление [9] Sidorov O.I. et al. // Moscow Intern. Composites Conf.

дополнительного максимума в спектре люминесценции London; New York: Elsevier Applied Science, 1990. P. 281– активных сред на основе триазинсодержащих полимеров, 283.

на что было указано выше. Порог механического разру- [10] Ростиашвили В.Г., Иржак В.И., Розенберг Б.А. Стеклование полимеров. Л.: Химия, 1987. 189 с.

шения активных сред на основе эпоксидных полимеров [11] Энциклопедия полимеров / Под ред. В.А. Кабанова. М.:

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.