Методические указания к лабораторным работам по курсу "Основы физики лазеров". Летута С.Н. - 37 стр.

                     3.2 Свойства лазеров на красителях
      Свойства лазеров на красителях определяются свойствами их рабочего
вещества - органических красителей. Как уже отмечалось, наиболее важным
свойством этих лазеров является возможность плавной перестройки частоты
излучения. Другая особенность лазеров на красителях - очень большой коэф-
фициент усиления, который сравним с усилением твердотельных лазеров. Это
обусловлено тем , что, хотя плотность молекул красителя в растворе обычно
меньше приблизительно на три порядка по сравнению с плотностью активных
центров в твердом теле, сечение переходов в красителях обычно примерно во
столько же раз больше, чем в твердотельном лазере. К числу неоспоримых пре-
имуществ следует отнести также и простоту приготовления активной среды.
      На рисунке 3.1 приведена типичная диаграмма энергетических уровней
молекулы красителя в растворе. Каждое электронное состояние в действитель-
ности состоит из набора колебательных (жирные линии на рисунке) и враща-
тельных (тонкие линии) уровней. Как правило, расстояние между колебатель-
ными уровнями составляет ~ 1400 ÷ 1700 см-1, а расстояние между вращатель-
ными уровнями примерно на два порядка меньше. Механизмы, вызывающие
уширение линий в жидкостях, гораздо сильнее, чем в газах. Это приводит к то-
му, что линии вращательного спектра не разрешены и наблюдается сплошной
спектр между колебательными уровнями. Так как число гибридизованных π -
электронов в молекулах обычно четное (соединения с неспаренными электро-
нами называются свободными радикалами и чрезвычайно легко вступают в ре-
акции), полное спиновое число S является целочисленным.
      Состояния, в которых спиновое квантовое число равно 0 (следовательно,
мультиплетность 2S + 1 = 1) называются синглетными. Состояния с S = 1
(мультиплетность 2S + 1 = 3) называются триплетными . (На рисунке 3.1 около
каждого уровня в клетках показано, как спин возбужденного электрона направ-
лен по отношению к спину оставшегося электрона).
      Рассмотрим теперь взаимодействие молекулы с внешним электромагнит-
ным излучением. Отметим, что правила отбора требуют, чтобы ∆S = 0 . Это
значит, что синглет - синглетные переходы являются разрешенными, а синглет
- триплетные запрещенными. Таким образом, в результате поглощения кванта
света молекула может перейти из основного состояния S 0 на один из колеба-
тельных уровней вышележащего синглетного состояния S1 , S 2 и т.д. Поглоще-
ние молекулой кванта света происходит за очень короткое время ( ~ 10 −15 с). За-
тем, за время ~ 10 −12 с, происходит переход электрона на нижний колебатель-
ный подуровень возбужденного состояния. Этот процесс называется колеба-
тельной релаксацией (на рисунке 3.1 это короткая волнистая стрелка в системе
S1 подуровней). В дальнейшем мы не будем рассматривать процессы связан-
ные с более высокими возбужденными состояниями. При необходимости учета
вклада этих состояний в рассматриваемые нами явления, будут сделаны соот-
ветствующие замечания.


                                                                             43