DE2625606A1

DE2625606A1 - DYE LASER

Info

Publication number: DE2625606A1
Application number: DE19762625606
Authority: DE
Inventors: Paul Prof Dr Hoffmann; Roland Dr Koenig; Dieter Dr Leupold; Stephan Dr Mory
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1975-07-07
Filing date: 1976-06-08
Publication date: 1977-01-27
Also published as: DD120567A1; SU651438A1; FR2317789A1; FR2317789B1

Description

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FarbstofflaserDye laser

Die Erfindung betrifft einen Farbstofflaser mit einem neuartigen effektiven Lasermaterial für den Spektralbereich von 660 bis 685 nm.The invention relates to a dye laser with a new effective laser material for the spectral range from 660 to 685 nm.

Mit lanosekundenimpuls-Farbstofflasern ist gegenwärtig der Spektralbereich von 330 bis 1180 nm im Prinzip bei hoher Pumpleistung lückenlos zugänglich.Using lanosecond pulse dye lasers is present the spectral range from 330 to 1180 nm is in principle completely accessible with high pump power.

Als Lasermaterialien dienen dabei Lösungen gut fluoreszierender organischer Farbstoffe. Der jeweilige Las erbereich wird durch den Fluoreszenzbereich der Farbstoffe bestimmt. Als Pumplichtquelle für die Nanosekundenimpuls-Farbstofflaser finden im wesentlichen Impulslaser mit fester Wellenlänge Verwendung. Diese bewirken eine hinreichende Bevölkerung des Laserausgangsniveaus, und zwar entweder direkt oder über höhere Anregungszustände oder, bei Farbstoffmischungen, auf dem Wege über eine Energieübertragung. Zwischen Pumpvorgang und Laserprozeß können verschiedene Verlustmechanismen wirksam werden, die die Güte des jeweiligen Lasermaterials bestimmen. Ein Maß für die Güte eines Färbstofflaser-Materials ist der Umwandlungsgrad Pumpstrahlung - Laserstrahlung bzw. die erforderliche Pumpleistung an der Laserschwelle, jeweils bezogen auf definierte Resonatorbedingungen.Solutions that are more fluorescent are used as laser materials organic dyes. The respective laser range is determined by the fluorescence range of the dyes. As a pump light source for the nanosecond pulse dye laser are essentially used pulsed lasers with a fixed wavelength. These cause a sufficient population of the Laser output levels, either directly or via higher excitation states or, with dye mixtures the way via an energy transfer. Various loss mechanisms can be effective between the pumping process and the laser process that determine the quality of the respective laser material. A measure of the quality of a dye laser material is the degree of conversion pump radiation - laser radiation or the required pump power at the laser threshold, respectively based on defined resonator conditions.

Im Gesamtdurchstimmbereich der Farbstofflaser gibt es einige Spektralgebiete, für die noch keine Lasermaterialien mit befriedigender Güte bekannt sind. Ein solches Gebiet liegt bei 680 * 30 nm. Hier finden gegenwärtig hauptsächlichIn the overall tuning range of dye lasers there are some spectral regions for which no laser materials yet are known with satisfactory goodness. One such area is 680 * 30 nm

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die färbstoffmischung Cresylviolett und Diäthylthiadicarbocyaninjodid (DTDC) sowie das Dimethylaminonitrostilben Verwendung. Das Fluoreszenzmaximum von Cresylviolett liegt bei 630 mn, das von DTDC bei 730 um.the dye mixture cresyl violet and diethylthiadicarbocyanine iodide (DTDC) as well as the dimethylaminonitrostilbene use. The fluorescence maximum of cresyl violet is 630 mn, that of DTDC is 730 µm.

Da der Wirkungsquerschnitt für die stimulierte Emission bei einer Wellenlänge proportional ist dem Wert des auf die Quantenausbeute normierten Fluoreszenzspektrums bei dieser Wellenlänge, ist folglich im Bereich um 680 nm kein optimaler Umwandlungsgrad Pumpstrahlung - Laserstrahlung bzw. niedriger Sehwellwert für die Färbstoff mischung zu erreichen. Bei geringer Pumpleistung kann daher im Farbstofflas er-Durchstimmbereich um 680 nm eine Lücke auftreten. Weitere Nachteile ergeben sich aus den erforderlichen sehr hohen Konzentrationen dieser Farbstoffmischungen (teilweise wird mit gesättigten Lösungen gearbeitet), die durch Reabsorption und Fluoreszenzlöschung die Effektivität des Farbstofflasers verringern, sowie aus dem unverhältnismäßig hohen Färbstoffverbrauch, speziell in UmIaufsystemen.As the cross section for the stimulated emission at a wavelength is proportional to the value of the fluorescence spectrum normalized to the quantum yield of this wavelength, is consequently not an optimal degree of conversion pump radiation - laser radiation in the range around 680 nm or to achieve a low visual threshold value for the dye mixture. If the pump power is low, a gap can therefore occur in the dye laser tuning range around 680 nm. Further disadvantages result from the very high concentrations of these dye mixtures required (in some cases saturated solutions are used), which reduce the effectiveness of the dye laser through reabsorption and fluorescence quenching and from the disproportionately high consumption of dye, especially in circulation systems.

Zweck der Erfindung ist es, einen effektiveren Farbstofflaser für den Spektralbereich um 680 nm verfügbar zu haben.The purpose of the invention is to make a more effective dye laser available for the spectral range around 680 nm to have.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Optimierung eines Farbstofflasers ein Lasermaterial anzugeben, das bei einer für Pumpzwecke geeigneten Wellenlänge, beispielsweise im nahen UY bei 337 nm, ausreichend absorbiert, mit guter Quantenausbeute im Spektralbereich um 680 nm fluoresziert, geringe Verluste bei der stimulierten Emission zeigt und eine ausreichende photochemische StabilitätThe invention is based on the object of specifying a laser material for optimizing a dye laser, which absorbs sufficiently at a wavelength suitable for pumping purposes, for example in the near UY at 337 nm, with good quantum yield in the spectral range around 680 nm fluoresces, shows low losses in stimulated emission and sufficient photochemical stability

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aufweist.having.

Es wurde gefunden, daß ein aus grünen Pflanzen extrahiertes Pigmentgemisch, das als wesentliche Bestandteile Chlorophyll a, Chlorophyll b und Carotinoide enthält, ein effektives Farbstofflaser-Material für den Spektralbereich um 680 nm darstellt.It has been found that a mixture of pigments extracted from green plants is used as essential ingredients Contains chlorophyll a, chlorophyll b and carotenoids, an effective dye laser material for the spectral range around 680 nm.

Gelöst in verschiedenen organischen Lösungsmitteln, beispielsweise Methanol, Dioxan, Benzol oder Äthanol, zeigt dieses Pigmentgemisch in einem üblichen Breitbandresonator beim Pumpen mit der Strahlung eines Nanosekundenimpuls-Lasers im nahen UV (Ng -Impuls gas las er oder SHG Q-switch Rabin) Lasertätigkeit in einem Gesamtbereich von ca. 25 nm.Dissolved in various organic solvents, for example methanol, dioxane, benzene or ethanol, shows this pigment mixture in a conventional broadband resonator when pumping with the radiation of a nanosecond pulse laser in the near UV (Ng pulse gas las er or SHG Q-switch Rabin) Laser activity in a total range of approx. 25 nm.

In einem dispersiven Schmalbandresonator läßt sich diese Farbstofflaserstrahlung in bekannter Weise spektral einengen und durchstimmen. Die Schwelle liegt durchschnittlich um den Faktor 4 über der für das bekannte Färbstofflaser-Material Ehodamin 6G unter vergleichbaren Bedingungen.In a dispersive narrow band resonator this dye laser radiation spectrally in a known manner narrow and vote. The threshold is on average 4 times higher than that for the known dye laser material Ehodamin 6G under comparable conditions.

Dieses neuartige Lasermaterial ermöglicht eine spektral lückenlose Farbstofflasertätigkeit im Bereich von 660 bis 685 -ma» selbst bei vergleichsweise niedriger Pumpleistung. Es ist sehr ökonomisch, weil es durch einfache Extraktion aus grünen Pflanzen gewonnen werden kann und keine weiteren Reinigungs- bzw. Komponententrennungsschritte erforderlich sind.This new type of laser material enables spectrally uninterrupted dye laser activity in the range from 660 to 685 -ma »even with a comparatively low pump output. It is very economical because it can be obtained from green plants by simple extraction and no more Cleaning or component separation steps are required.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention is intended below using an exemplary embodiment are explained in more detail.

Für die Extraktion des erfindungsgemäßen Lasermaterials wurden 8 Tage alte, unter Dauerlich bei 2000 Lux und Zimmer-For the extraction of the laser material according to the invention were 8 days old, under permanent at 2000 lux and room

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temperatur angezogene Weizenkeimpflanzen (Primärblätter) gewählt. Die Extraktion erfolgte mit 100 tigern Aceton. Durch Überführen in Petroläther und anschließendes Einengen ist dieses so erhaltene Pigmentgemisch (Verhältnis von Chlorophyll a : Chlorophyll b etwa 2,8 , objekt- und anzuchtabhängig) leicht in verschiedenen Lösungsmitteln aufzunehmen. Die folgenden Angaben beziehen sich auf das lösungsmittel Dioxan. Die Transmission des als Lasermaterial verwendeten Pigmentgemisches auf Chlorophyllbasis betrug 1 $ bei 337 nm und 1 nm Schichtdicke, dies entspricht etwa einer molaren Konzentration von 5 · 10 Mol/l. Der Chlorophyll-Laser nach der Erfindung wird transversal mit einem Hp-Impulsgaslaser (A= 337 nm, ca. 500 kW Leistung, 2,5 ns Halbwertsbreite, Folgefrequenz 5Hz) gepumpt. Die Anregungsstrahlung wird mittels einer Quarzzylinderlinse (f = 100 mm) auf das aktive Material fokussiert, das sich in einer allseitig polierten Spektralphotometerküvette aus Quarz, Schichtdicke 1 cm, befindet. Den Farbstofflaserresonator bilden ein dielektrischer Spiegel (R = 100 $) und die Küvettenwand (R « 8 io) der planparallelen Küvette. Unter diesen Bedingungen erstreckt sich der Laserbereich des Pigmentgemisches in Dioxan von 663 nm bis 674 nm. Wird der 100 f« Spiegel durch ein Reflexions gitter (2500 L/mm, E«80 ^) in Autokollimationssteilung ersetzt, so ist über einen Bereich von 10 nm eine schmalbandige Durchstimmung mit Δ λ — 0,7 nm möglich. Bei einer Folgefrequenz des N^-Impuls gas lasers von 5 5 Hz kann ohne Umpumpen des Färbstofflaser-Materials gearbeitettemperature-grown wheat germ plants (primary leaves) selected. The extraction was carried out with 100 mg acetone. By transferring it to petroleum ether and then concentrating it, this pigment mixture obtained in this way (ratio of chlorophyll a: chlorophyll b about 2.8, depending on the object and cultivation) can be easily absorbed in various solvents. The following information relates to the solvent dioxane. The transmission of the chlorophyll-based pigment mixture used as laser material was 1 $ at 337 nm and 1 nm layer thickness, which corresponds approximately to a molar concentration of 5 × 10 7 mol / l. The chlorophyll laser according to the invention is pumped transversely with an Hp pulse gas laser (A = 337 nm, approx. 500 kW power, 2.5 ns half width, repetition frequency 5 Hz). The excitation radiation is focused on the active material by means of a quartz cylinder lens (f = 100 mm), which is located in a spectrophotometer cuvette made of quartz, layer thickness 1 cm, which is polished on all sides. The dye laser resonator is formed by a dielectric mirror (R = 100 $) and the cuvette wall (R «8 io) of the plane-parallel cuvette. Under these conditions, the laser area of the pigment mixture in dioxane of 663 extends nm to 674 nm. If the (/ mm 2500 L, E "80 ^) 100 f" levels by a reflection grating replaced in Autokollimationssteilung, then over a range of 10 nm narrow-band tuning with Δ λ - 0.7 nm is possible. At a repetition frequency of the N ^ pulse gas laser of 5 5 Hz can work without pumping the dye laser material

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werden. In einem Langzeit-Stabilitätstest über 10 Impulse zeigten sich keine merkbaren Änderungen.will. In a long-term stability test over 10 impulses there were no noticeable changes.

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Claims

1.) Dye laser, characterized by the use one dissolved in a solvent, by simple Extraction of natural chlorophyll-based pigment mixture obtained from green plants as a laser-active material.

2. dye laser according to claim 1, characterized in that the solvent for the chlorophyll dye Methanol, dioxane, benzene or ethanol is used.

3. dye laser according to claim 1 and 2, characterized characterized in that the radiation from a nanosecond pulse laser is used as the pump light source in the near TJV.

4. dye laser according to claim 1 to 2, characterized characterized in that a dispersive resonator is provided for spectral narrowing and tuning.

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