6.4. Жидкостные лазеры (лазеры на красителях) [23]

В данном разделе мы рассмотрим жидкостные лазеры, в ко­торых активная среда представляет собой растворы определен­ных соединений органических красителей в жидком раствори­теле, таком, как этиловый спирт, метиловый спирт или вода ^]). Органические красители составляют большой класс многоатом­ных молекул с сопряженными двойными связями. Лазерные кра­сители обычно принадлежат к одному из следующих классов: 1) полиметиновые красители, обеспечивающие генерацию в крас­ной или ближней ИК-области (0,7—1,5 мкм); в качестве при­мера на рис. 6.28, а приведена химическая структура красителя 3,3'-диэтилтиатрикарбоцианиниодида, который генерирует в ИК-диапазоне (Х = 810 нм); 2) ксантеновые красители, генерирую­щие в видимой области (500—700 нм). В качестве примера на рис. 6.28, б показана химическая структура широко используе­мого красителя родамина 6G (X — 590 нм); 3) кумариновыекра­сители, генерирующие в сине-зеленой области (400—500 нм);

¹⁾ Очень часто используют ров) . — Прим. перев.

этиленгликоль (особенно для струйных лазе-

на рис. 6.28, в для примера приведена химическая структура ку­марина 2, который генерирует в синей области (I = 450 нм); 4) сцинтнлляторные красители, генерирующие в УФ-диапазоне (Ж 400нм).

6.4.1. Фотофизические свойства органических красителей

н н н н н м н Mill¹¹

_{\ I I I I I I I >}

С=С — CS=C—С=С—СЗКС—С ф

Органические красители, как правило, имеют сильные по­лосы поглощения в УФ- или видимой области спектра и при воз­буждении светом соответ­ствующей длины полны дают интенсивные широ-

НгС

в

спектры лю- минееценции, как показа- но на рис. 6.29 для раство- ра родамина 6G в этано- ле. Чтобы понять особен- ности, представленные на рис. 6.29, необходимо прежде всего рассмотреть энергетические уровни мо- лекулы красителя. Струк- туру энергетических уров- ней не- трудно понять, если вос- пользоваться так назы- ваемой моделью свобод- ных электронов. Проде- монстрируем это на при- мере красителя цианина, структурная формула ко- торого приведена на рис. 6.30. я-электроны атомов углерода образу-

^{два плоских облака,}

одно из которых располо­жено выше, а другое ни­же плоскости молекулы (рис. 6.30,6). Этим рас-

^{пределением}

и определяются электронные состояния молекул. В модели сво­бодных электронов предполагается, что л-электроны движутся свободно в пределах их плоских распределений и их движение ограничено только отт а л ки в ат ел ь н ы м потенциалом группы на каждом конце красителя. Поэтому энергетические уровни

700

650

608

Длина волны, нм 550 500

to

_о

₈ ^А

_{Поглощение}

Рис, 6.29. Сечение поглощения о*_й, сечетше вынужденного излучения о_с. (син-глет-синглетного перехода) и сечение поглощения От (триплет-триплетного перехода) для раствора родамина GG в этиловом спирте.

СИ,

GH₃ Н н

->« v

Ы'^::^::'.*>:^::-С'^:'^:,:'-''-^:'' С:-^; ■'N^-

_а

_6'

^(CHj_?^{N-CH-CH"C!l-CH-LH-ri(L!i;)}_?

1

Д.»

0

5

Рис. 6.30. Иллюстрация модели свободных электронов, объясняющей струк­туру электронных энергетических уровней молекулы красителя. (Согласно

Фёрстерлннгу и Куну

электронов представляют собой уровни свободного электрона, находящегося в потенциальной яме, форма которой показана на рис. 6.30» в. Если эту яму приближенно представить в виде пря- моугольной (оис. 6.30. г), то уровни электрона в такой яме хорошо известны и определяются выражением п_п~ = h²n²/8mL²₁ где п — целое число, т— масса электрона» a L — ширина потенциальной ямы. Следует заметить, что в зг-элек- тронном облаке молекулы красителя находится четное число