Схема уровней и основные переходы.

Молекула красителя имеет сложную структуру, включает в себя много атомов, характеризуется большим числом состояний, представляющих собой сложные комбинации электронных, колебательных и вращательных состояний. Поэтому невозможно изобразить в данном случае сколь-либо точную рабочую схему уровней. При рассмотрении механизма создания инверсии в лазере на красителе пользуются предельно упрощенной, в определенном смысле условной рабочей схемой, отражающей лишь некоторые принципиальные стороны картины квантовых переходов в молекуле красителя. Эта схема дана на рис. 1.21.

Уровни в схеме на рис. 1.21 показаны толстыми и тонкими горизонтальными прямыми; первые относятся к колебательным, а вторые — вращательным состояниям молекулы. Колебательно-вращательные состояния сгруппированы около электронных состояний молекулы, которые на рисунке обозначены как Состояние — основное состояние.

При возбуждении происходит переход одного из электронов молекулы в более возбужденное состояние. Если спин этого электрона остается антипараллельным спину остальной части молекулы, то говорят о синглетных электронных состояниях (состояния ), а также основное состояние если же при возбуждении спин электрона переворачивается и оказывается параллельным спину остальной части молекулы, то говорят о триплетных электронных состояниях (состояния ). Синглет-триплетные

переходы связаны с переворачиванием спина электрона и поэтому менее вероятны, нежели синглет-синглетные или триплет-триплетные переходы. На рис. 1.21 переходы показаны стрелками; прямые стрелки обозначают оптические переходы (двойная стрелка — лазерный переход), а волнистые — неоптические переходы.

Оптическая накачка переводит молекулу из электронного состояния в электронное состояние 52. Возбужденная молекула быстро (за время порядка 10-11 с) безызлучательно релаксирует на нижний колебательный уровень состояния отдавая избыток энергии растворителю. Далее молекула может совершить либо излучательный переход (лазерный переход), либо один из следующих трех переходов, конкурирующих с лазерным: переход связанный с дополнительным поглощением излучения накачки; безызлучательный переход (внутренняя конверсия); безызлучательный переход (синглет-три-плетная конверсия). Синглет-триплетная конверсия может приводить затем к дополнительному поглощению излучения накачки на переходе (триплет-триплетное поглощение). Наряду с последним переходом возможны также безызлучательный и излучательный переходы

С точки зрения создания инверсии важен учет всех указанных переходов. Переходы приводят к дополнительному расходованию энергии накачки. Безызлучательный переход а также переходы уменьшают число молекул, высвечивающихся в рабочем переходе.

Вредное влияние триплет-триплетного поглощения можно уменьшить, если принять меры к увеличению вероятности переходов Эта вероятность (а следовательно, время жизни молекулы в состоянии имеющее порядок 1 мкс) зависит от состава растворителя. Для увеличения указанной вероятности в раствор красителя добавляют специальные вещества — так называемые тушители триплетного состояния. Так, добавление парамагнитных примесей (например, кислорода) способствует «перемешиванию» синглетных и триплетных состояний и, как следствие, приводит к возрастанию скорости триплет-синглетных переходов.