РОЗДІЛ 2. Створення та оцінка параметрів АД нового класу.
2.1. Виготовлення триплексів з допованими плівками ПУА для подальшого
формування в них АД .
Розробка нового класу АД на основі допованих фотополімерів включає два основних
етапи: виготовлення допованих плівок ПУА (при мінімальній фотодеструкції
барвника) та формування в них градієнтного профілю пропускання на частоті
генерації лазера (за рахунок фотодеструкції барвника при опроміненні зразків в
ближній УФ-області спектру, де розміщені електронні переходи барвників в більш
високі стани) за допомогою адаптованого методу напівтіні [141-144]. При цьому
врахувався вплив взаємодифузії барвників в матриці ПУА на експлуатаційні
характеристики АД [145-150].
При створенні АД для імпульсних лазерів використовувалась триплексна
конструкція з допованою дітіобензильним комплексом нікелю (BDN) або барвником
3274 (для ІАГ:Nd3+ лазера), ПК686 (для рубінового лазера) плівкою ПУА товщиною
100-500 мкм між оптичними скляними підкладками. Триплексна конструкція усуває
необхідність поліровки поверхні полімеру, забезпечує імерсію та тепловідвід, а
також екранує світлочутливу композицію від кисню – інгібітору радикальної
полімеризації та каталізатора деструкції барвників. Допований ПУА та методика
виготовлення триплексів були запропоновані раніше при створенні пасивних
модуляторів добротності (ПМД) для імпульсних неодимових лазерів [151] та для
активних полімерних середовищ для лазерів на барвниках. Оптичні характеристики
ПУА та ПМД на його основі досліджувались в [151-153]. Область прозорості ПУА
знаходиться в межах 0.4-1.7мкм (рис. 2.1.). Крива дисперсії показує, що
лазерний елемент типу триплекса скло-полімер-скло або у вигляді більш складної
конструкції (мультиплекс) може мати достатньо малі втрати на внутрішнє
відбивання внаслідок близькості коефіцієнтів заломлення складаючих його
прошарків.
Перевагою ПУА в порівнянні з епоксидними смолами, ПММА є його в'язкопружні та
адгезійні властивості, зокрема еластичний стан, в якому ПУА знаходиться в
температурному інтервалі –30...+195 °С (температура склування Т = -( 30 ~
50)°С), та який забезпечує високий рівень променевої міцності цієї полімерної
матриці [151-153]. ПУА характеризується сильною адгезією до оптичних стекол.
Адгезія між поверхнею підкладки та полімерним прошарком здійснюється за рахунок
міжмолекулярної взаємодії. Передумовами для адгезії часто є адсорбційні та
дифузійні процеси, зокрема дифузія макромолекули в мікропори підкладок. У
деяких випадках на границі розділу утворюється особливий міжфазний граничний
прошарок, який визначає тип обриву плівки: адгезійний (з порушенням границі
розділу) або когезійний, який супроводжується порушенням цілісності полімерного
прошарку [153]. Тіндалівське розсіювання світла у виготовленій за цією
технологією полімерній матриці в основному обумовлене домішками, неоднорідністю
об’ємної усадки при полімеризації, локальним порушенням адгезії та іншими
дефектами. На стадії приготування суміші до полімеризації домішки та кульки
повітря видаляються центрифугуванням вихідної рідкої композиції. В полімерних
зразках товщиною до 1 мм розсіювання слабких світлових потоків порівняне з
таким в оптичних стеклах. Ця технологія отримання матриць дозволяє вводити в
ПУА в молекулярному стані практично всі відомі лазерні барвники при
безпосередньому розчиненні в олігомері або через допоміжний розчинник, який
перед полімеризацією випаровується. Прозорість ПУА в широкому спектральному
діапазоні та можливість введення багатьох барвників, дозволяє використовувати
вказаний матеріал для виготовлення АД в цьому діапазоні [141-144].
Спектральний діапазон поглинання BDN та 3274 в ПУА (рис.2.2.) перекриває
частоти генерації лазерів, працюючих на переході 4F3/2—4I11/2 (область 1,06
мкм) неодиму в усіх відомих матрицях. BDN надзвичайно стійкий до випромінювання
в основній смузі поглинання 1.06мкм та
достатньо легко розпадається при опроміненні в ближній УФ області спектра, де
розміщені електронні переходи в більш високі стани. ПМД на основі допованого
BDN ПУА успішно застосовувались в лазерах з середньою потужністю генерації в
декілька ватт на квадратний сантиметр. Для контролю темнового зберігання зразки
з допованими BDN плівками ПУА знаходились в темноті (T=300K) на протязі
чотирьох років – суттєвих змін оптичної густини не спостерігалось [151].
Спектральний діапазон поглинання ПК686 в полімері представлений на рис.2.2.а. В
рубінових лазерах ПМД на основі допованого ПК686 ПУА до цього часу не
використовувались. Фотостійкість органічних барвників при введенні в ПУА значно
зростає в порівнянні із спиртовим розчином за рахунок зменшення на порядки
коефіцієнтів взаємодифузії. ПМД на основі допованого ПК686 ПУА, в порівнянні із
спиртовим розчином ПК686 [151-153] (який є ефективним ПМД), має додаткові
переваги, дозволяє створювати АД для імпульсних лазерів на рубіні.
Зменшення деструкції молекул барвника на послідовних стадіях виготовлення
допованих триплексів – важливий момент в розробці АД на основі фотополімерів.
Вплив розчинника, олігомеру з ініціатором на деструкцію молекул незначний. Для
поліметинового барвника 3274 (рис.2.3.): в етанолі в темновому режимі
пропускання 3274 за 30 діб зменшується на 0.4 %, в олігомері з ініціатором в
темновому режимі пропускання 3274 за 20 діб зменшується на 5%. З метою
зменшення фотодеструкції барвника в умовах радикальної полімеризації
використовують метод перервної п