Активная лазерная среда
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЛЬСТВУСоюз Советских
Социалистических
Республик (») 568318 (6!) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 18.07.75 (21) 2157563/25 г (51) М. Кл. с присоединением заявки № с (23) Приоритет
Н01 S 3/20
Государстаеннай каетет
Сонета Инннстроа СССР но делам .нзобретенне н открытнй (43) Опубликовано25.08.78.Бюллетень № 31 (45) Дата опубликования описания 05.07.78 (5З) УДК 621. 375. . 8 (088. 8) Г, Г. Дядюша, B. М. Зубаровский, О. В. Морейко, О. В. Пржонская,, Е. Д. Сыч, E. А. Тихонов и Г. П. Ходот (72) Авторы изобретения
Институт физики АН Украинской ССР и Институт органической химии АН Украинской ССР (71) Заявителя (54) АКТИВНАЯ ЛАЗЕРНАЯ СРЕДА
Изобретение относится к лазерной технике и маокет быть использовано дпя понижения порога генерации жидкостных оптических квантовых генераторов (ОКГ) на основе органических красителей. 5
Задача снижения порога генерации актуальна в связи с возможностью использования маломощных источников накачки, например полупроводниковых инжекционных ОКГ, газовых ОКГ с непрерывной re- то нерацией, а также некогерентных источников накачки. В такой же степени снижение порога генерации является существен ным для повышения КПД генерации.
Известно, что порог генерации для as» 1а тивных сред на растворах органических красителей эависиг от следующих спеки ральных факторов исследуемых молекул: квантового выхода флуоресценции, вели чины стоксового сдвига, вероятности caar гО леетриплетного перехода и поглощения при переходах иэ возбужденных синглее ных и триплетных состояний (11.
В настоящее время в качестве активных лазерных сред широко используются
: растворы цианиновых красителей, напри- ° мер цианиновые красители, содержащие ядра бенэопирнлия в хромофорной кепи (2), Однако и таких средах относительно высокий порог генерации лазерного излучения.
Цель изобретения - снижение порога генерации лазера на основе растворов цианиновых красителей.
Поставленная цель достигаетса тем, что еа счет изменениа структуры моле кул цианиновых красителей» введения гетероциклических или ароматических за ,местителей у атомов азота гетвроциклов.
° стоящих на концах цепи напрюкения Воз дается воэможность управления важным спектральным параметром - величиной стоксового сдвига, В таблице указаны красители, которые могут быть исцольэованы в качестве а ь тинной лазерной среды.
Влияние структурных особенностей на величину стоксового сдвига изучено для цианиновых красителей с имидазольными„ тиаэольными s хинолиновыми ядрами. Об
568318 шая закономерность, обнаруженная для
-всех исследованных молекул, позволяет относить ее к большинству цианиновых красителей.
Найдено, что величина стоксового сдвига между максимумами полос поглоще5 ния и флуоресценции определяется внутри молекулярными факторами - природой эа местителей М и Я" (см, таблицу) и практически .не зависит от температуры (в, о исследованном диапазоне 300-77 С) и !
О растворителя (бензол, толуол, этанол, глицерин).
Концентрация исследованных красителей
-У -6
10-10 моль/л. В процессе. записи спеки ров флуоресценции осуществлялся контроль эа спектрами поглощения. Отсутствие каких-либо изменений в них исключает возможность фотохимических преврашений.
Спектры возбуждения всего ряда исследованных красителей хорошо коррелируются со спектрами поглощения.
1 (r
Влияние заместителей R u R на величину стоксового сдвига удобно проследить на ряде имидакарбоцианинов (красители JA 1-7,). Как видно из таблицы, наи25 меньший стоксов сдвиг (600 см ) наблюдается, если у атомов азота гетероциклов стоят алкильные заместители (краситель ¹ 1). Большая величина стоксового сдвига (800-850 см ) наблюдается ( в случае арильных. заместителей (красители № 2 и № 3), достигая у красителя № 4 значений 1500 см . Резкое увеличение стоксовых сдвигов (до 20002200 см ) происходит, когда к атомам
3S азота присоединяются гетероароматические заместители — пиридил или бензотиаэолил (красители № 5, 6 и 7). Напротив, введение гетероароматических заместителей в другие положения ядер (Я ) (кра40 ситель ¹ 2) практически не влияет на величину стоксовых сдвигов.
Таким образом, использование заместителей и и Р, обладающих собственной
И
7Г -электронной системой, позволяет уве«4 личить стоксов сдвиг от 600 до 2200 см за счет включейия -электронной системы этих заместителей в общую Kэлектронную систему полиметиновой цепи„ ответственную за флуоресценцию из пер вого возбужденного синглетного состояния.
Ароматические или гетероциклические заместители обладаютсобствеиной7Г-влек» тронной системой, которая объединяется с -электронной системой красителя.
Взаимодействие электронных систем в возбужденном состоянии сильнее, чем в основном, что приводит к общему уменьшению энергии электронного перехода. В случае ароматических или гетероциклических заместителей у атомов азота в возбужденном состоянии происходит, кроме того, перестройка равновесных межатомных расстояний, способствующая . .еше большему усилению сопряжения, что и выражается в увеличении стоксового сдвига.
Введение ароматических или гетероциклических заместителей в положение, более удаленное от полиметиновой цепи, не сказывается в такой степени на величине электронно-колебательного взаимодействия
1 И
Наличие заместителей R или З не сйижало, как правило, .величины квантового выхода, что, повидимому, объясняется ослаблением взаимодействия с растворителем и приводит к уменьшению вероятносьтей безызлучательной передачи энергии среде.
Для количественных оценок влияния величины стоксового сдвига на генерационные параметры исследуемых молекул было проведено сравнение порогов генерации для красителей, имеющих разные величины стоксовых сдвигов. Для накачки активных сред использовались вторая гармоника (ВГ) неодимового ОКГ со следующими параметрами: E = 2,5 мДж и С =30 нс и рубиновый OKI в режиме мо. дулированной добротности .(E = 430 мДж и с-, = 30 нс.
Для сравнения порогов генерации бы ли взяты спиртовые растворы красителей. № 3 и № 6, отличающиеся величинами
«ф стоксовых сдвигов (850 и 2000 см ), но имеющие одинаковый квантовый выход (25%). При равных плотностях растворов на частоте накачки (ВГ неодимового
OKI) и одинаковой геометрии опыта порог генерации красителя ¹ 6 в четыре раза ниже порога генерации красителя ¹ 3, Влияние величины стоксового сдвига на порог, генерации (при накачке моноимпульсом рубинового. ОКГ) было определено также для красителя № 9 в сравнении с известным, широко. используемым в лазерной технике красителем 1,3,3-триметил2 (1,3,3-триметил-индолин-2-илиден)гептатриенил(индоленинйодидом) (стоксов сдвиг 500 сл. ), квантовые выходы которых практичес си одинаковы. При равных плотностях растворов на частоте возбуждения крадител ° N 9 (стоксов сдвиг
1000 см ), алеет порог генерации в
3,7 раза ниже.
Таким образсм, можно рекомендовать вводибь в органические красители, приме568318 концах цепи сопряжения, ароматические или гетероциклические заместители для понижения порога генерации ОКГ. няемые в качестве активных сред для жидкостных ОКГ, .вместо алкильных групп у атомов азота гетероциклов, стояших на
Формула красителей к
R"
М
1
М (сн=сн}р CB=c
М
RIf
600
Этил
Этил
Водород
2-Бенэотиазолил
Этил
Фенил
Фенил
800
4-(Бенэотиазолиь-2 )-тиазолил-2
850
Этил
1 1500
Фенил
2-Пиридил
2-Пиридил
2-Вен эотиаэолил
Фенил
Фенил
1 2000
1 2000
1 2200
3 900
3 1000
Этил
Фенил,9
10 Метил
11 Метил
Метил
Метил
Водород
Водород
Водород
Водород
2-Бензотиаэолил
Водород
Фенил
Этил
2-Пи рядил
Метил
2-Бензотиазо- 1 1700
1 900
Фенил
568318 цв
Г
Я»
Составитель А. Лебедев
Техред Н. Бабуриа Корректор Л. Веселовская.
Редактор Т. Колодцева
Заказ 4413/1 Тираж 960 Подписное
0НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, r. Ужгород,. . Ул. Прооктная, 4 формула изобретения
Активная лазерная среда на основе растворов пианиновых красителей, о т л и ч аю ш а я с я тем, что, с целью снижения порога генерации, в красители введены ароматические или гетероциклические заместители у атомов азота гетероциклов, стояших на концах цепи сопряжения, обшей структурной формулы:
Y е с- (6N= Сн) „- 6н= С,,х
I
R Х З где Y - O, S, Ñ (C H ), И-Я, где 3 - арил, гетарцл;
X=- анион; ,ll 1,2, 3,4;. ги где R a R алкил, арил, гетарил;
Я- арил, гетарил
Ф ес"и гетариле то и - алкил, аралкил источники информации принятые во внимание при экспертизе:
1. Степанов Б, И., Рубинов А. Н. yñ . физ. наук, 95, 1968, с. 45.
П США Ж 3831105 331
94 5, 1974.
