Emergency radiation threshold in an ethanolic solution of the kumarin-30 dye with zno nanoparticles under irradiation by.pdf Развитие лазерных излучателей в последние годы связано с их миниатюризацией и созданием высокоэффективных активных сред. Одним из таких лазеров принято считать стохастический лазер, известный в зарубежной литературе как random-лазер. Активная среда данного лазера представляет собой композит из лазерно-активных молекул и наночастиц различных материалов. Первые теоретические обоснования возможности получения лазерного излучения в случайно-неоднородных активных средах были представлены В.С. Летоховым [1]. В этой работе был предложен возможный механизм формирования обратной связи в среде с усилением за счет сильного рассеяния. В 1986 г. В.М. Маркушевым данный эффект был экспериментально продемонстрирован на образцах диэлектрических порошков, активированных ионами неодима [2]. В 1994 г. N.M. Lawandy в [3] продемонстрировал изотропную лазерную эмиссию в растворах родамина 640 (Р640) с рассеивающими наночастицами TiO2. В эксперименте при достижении некоторой пороговой энергии накачки ширина спектра вторичного излучения резко сужается с 70 до 4 нм. Стохастические лазеры находят применение во многих областях науки и техники, таких, как освещение [4, 5], изображение [6], сенсоры [7-9] и информационные технологии [10]. Особенными свойствами random-лазера в отношении других типов лазеров можно считать его угловую зависимость и возможность перестройки длины волны в широком спектральном диапазоне. Излучение random-лазера распределено в полном телесном угле 4π. Такое угловое распределение излучения идеально подходит для создания дисплеев. Особым преимуществом random-лазеров является то, что они могут быть приготовлены в виде суспензий, которые можно применять в качестве покрытий на поверхности произвольной формы [6]. Из работы Дрейна с соавторами [11] известно, что пороги вынужденного излучения при фемтосекундной накачке на два порядка меньше, чем при наносекундной. В [11] в качестве наночастиц использовался красный флуоресцентный белок DsRed2. По заключению авторов сверхбыстрая накачка может быть предпочтительна для создания генерации в биологических средах с низким порогом повреждаемости биологических тканей. На данный момент в литературе известно не так много экспериментальных работ с использованием растворов флуоресцентных красителей с наночастицами при облучении фемтосекундными лазерными импульсами [11-14]. Это говорит о том, что данная область до сих пор является малоизученной. В настоящей работе представлены результаты измерения порогов вынужденного излучения в растворах красителя кумарин-30 с наночастицами ZnO при облучении нано- и фемтосекундными лазерными импульсами для концентрации наночастиц 0.625 % об. долей и сравнение порогов вынужденного излучения при разной длительности лазерного импульса накачки. Для получения генерационных характеристик композитных растворов при облучении нано- и фемтосекундными лазерными импульсами была проведена серия экспериментов. Эксперименты проводились на установке, схема которой показана на рис. 1. Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 - лазер; 2 - диафрагма; 3 - капля с активной средой; 4 - монохроматор; 5 - ФЭУ; 6 - осциллограф В качестве накачки раствора использовалось излучение Ti:Sa-лазера с длиной волны λ ≈ 0.4 мкм (вторая гармоника) и длительностью t ≈ 50 фс или Nd:YAG-лазер LOTIS TII с длиной волны λ ≈ 0.355 мкм (третья гармоника) и длительностью t ≈ 6 нс. Выходная энергия лазера контролировалась измерителем мощности «Ophir». Излучение лазера направлялось на каплю с активной средой (краситель кумарин-30 в этаноле + наночастицы ZnO). Вторичное излучение из капли с помощью световода проходило через монохроматор, после чего поступало на ФЭУ, сигнал с ФЭУ регистрировался осциллографом. Типичная осциллограмма представлена на рис. 2. Рис. 2. Осциллограмма сигнала свечения раствора чистого красителя при энергии лазерного импульса накачки 0.0112 мДж По осциллограммам был построен график зависимости амплитуды сигнала свечения раствора от энергии фемтосекундного лазерного импульса накачки. Полученный график приведен на рис. 3. Из представленной кривой следует, что генерация в растворе красителя кумарин-30 с наночастицами ZnO с концентрацией 0.625 % об. долей при облучении фемтосекундными лазерными импульсами достигается при интенсивности накачки равной 13∙108 Вт/см2. По экспериментальным данным также были построены зависимости амплитуды сигнала свечения раствора от энергии наносекундного лазерного импульса накачки. Результаты приведены на графике (рис. 4). Из рисунка видно, что генерация в растворе красителя кумарин-30 с наночастицами ZnO с концентрацией 0.625 % об. долей при облучении наносекундными лазерными импульсами достигается при интенсивности накачки равной 0.01∙108 Вт/см2. Таким образом, порог вынужденного излучения рабочего раствора кумарин-30 в этаноле с наночастицами ZnO с концентрацией 0.625 % об. долей при облучении наносекундными лазерными импульсами приблизительно на три порядка меньше, чем при облучении фемтосекундными лазерными импульсами. Рис. 3. Зависимость амплитуды сигнала свечения раствора от энергии фемтосекундного лазерного импульса накачки Рис. 4. Зависимость амплитуды сигнала свечения раствора от энергии наносекундного лазерного импульса накачки

Скачать электронную версию публикации