DE1589930C

DE1589930C - Optical transmitter or amplifier with an organic stimulable medium

Info

Publication number: DE1589930C
Application number: DE19671589930
Authority: DE
Inventors: Peter Pitirimovtch White Plains NY Sorokin (V St A )
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1966-03-07
Filing date: 1967-03-07
Publication date: 1973-06-20

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sender oder Verstärker mit einem aus-einer organischen Verbindung bestehenden stimulierbaren Medium in Fabry-Perot-Interferometeranordnung. The invention relates to an optical transmitter or amplifier with an organic compound existing stimulable medium in a Fabry-Perot interferometer arrangement.

Optische Sender oder Verstärker dieser Art, die als stimulierbares Medium metallorganische Verbindungen, sogenannte Seltene-Erden-Chelate aufweisen, sind bereits in dem Buch »Applied Optics« (Supplement 2 on Chemical Lasers), 1965, Optical Society of America, Washington, S. 205 bis 213, beschrieben. In diesen Chelaten ist das zentrale Metall-Ion (eine Seltene Erde wie z. B. Europium) an eine Anzahl von organischen Liganden gebunden. Die organische Gruppe absorbiert hierbei Energie über einen weiten Wellenbereich und überträgt die infolge der Absorption stattfindende Anregung auf das Metall-Ion. Eine solche Energieübertragung hat eine Besetzungsinversion zur Folge, die erforderlich ist, um eine stimulierte Emission zu erhalten. In solchen Verbindungen sind aber die Übergänge der Seltenen Erden-Ionen verantwortlich für das Entstehen der kohärenten Strahlung. Optische Sender oder Verstärker dieser Art werden bei niedrigen Temperaturen oder aber mit speziellem Aufwand bei Raumtemperatur betrieben.Optical transmitters or amplifiers of this type that use organometallic compounds, have so-called rare earth chelates, are already in the book "Applied Optics" (Supplement 2 on Chemical Lasers), 1965, Optical Society of America, Washington, pp. 205-213. In these Chelate is the central metal ion (a rare earth such as europium) to a number of organic Ligands bound. The organic group absorbs energy over a wide range of waves and transfers the excitation occurring as a result of absorption to the metal ion. Such an energy transfer results in a population inversion, which is necessary to obtain stimulated emission. In such compounds, however, the transitions of the rare earth ions are responsible for the emergence of coherent radiation. Optical transmitters or amplifiers of this type will operate at low levels Temperatures or operated with special effort at room temperature.

In einer Veröffentlichung in den »Physical Review Letters«, Bd. 8, Nr. 1, vom 1. 1. 1962, S. 23 bis 25, wird ein optischer Sender oder Verstärker der genannten Art beschrieben, bei dem offensichtlich eine stimulierte Emission auf Grund von verbotenen Spin-Triplett-In a publication in the "Physical Review Letters", Vol. 8, No. 1, from January 1, 1962, pp. 23 to 25, is an optical transmitter or amplifier of the type mentioned described, in which obviously a stimulated Emission due to prohibited spin triplet

Singulett-Übergängen erzielt werden soll. Übergänge dieser Art dürften aber praktisch für eine Erzeugung von stimulierter Strahlung nicht brauchbar sein, da, wie eine Berechnung zeigt, die hierzu erforderliche Besetzungsumkehr bei weitem die Dichte der vorhandenen wirksamen Moleküle in den dort beschriebenen organischen Verbindungen übersteigt.Singlet transitions should be achieved. Transitions of this kind are likely to be practical for a generation of stimulated radiation cannot be used because, as a calculation shows, the required for this Occupation reversal by far the density of the active molecules present in those described there organic compounds.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen optischen _i Sender oder Verstärker zu schaffen, dessen Ausgangsstrahlung eine gegenüber bisher sehr viel größere spezifische Strahlungsintensität aufweist, indem zugleich eine bessere Kohärenz in der Ausgangsstrahlung erzielt wird und ein wesentlich geringerer Anteil der zugeführten Anregungsenergie in Wärmeverluste umgesetzt wird.The object of the invention is to provide an optical _i transmitter or amplifier, the output radiation has a over previously much larger specific radiation intensity by a better coherence is obtained in the output radiation at the same time and a significantly lower proportion of the supplied excitation energy converted into heat losses will.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die organische Verbindung einen erlaubten elektrischen Dipol-Übergang in der Art eines Singulett-zu-Singulett-Übergangs aufweist und daß der ihrer Anregung dienende Riesenimpuls eine Anstiegszeit hat,According to the invention the object is achieved in that the organic compound has a permitted electrical Dipole transition in the manner of a singlet-to-singlet transition and that of their excitation serving giant impulse has a rise time,

die kleiner als einige Vielfache der Übergangszeit zwischen einem ersten angeregten Singulett-Zustand und einem Triplett-Zustand des stimulierbaren Mediums ist.which is less than a few multiples of the transition time between a first excited singlet state and a triplet state of the stimulable medium.

Als Anregungsenergiequelle kann dabei vorteilhafterweise ein weiterer optischer Sender oder Verstärker dienen, dessen Ausgangsimpulse von sehr hoher Intensität sind, wie es z. B. im »IBM Journal of Research and Development«, April 1964, auf den Seiten 177 ff. beschrieben ist. Ganz allgemein kann dabei die Anregungslichtquelle auf die Mantelfläche des erfindungsgemäß aufgebauten optischen Senders oder Verstärkers gerichtet sein, oder aber auch auf eine der Stirnflächen, da das erfindungsgemäß verwendete organische stimulierbare Medium in einem zylindrisehen Glasgefäß eingeschlossen ist. Wird eine Stirnfläche des in dem zylindrischen Glasgefäß eingeschlossenen stimulierbaren Mediums durch die Anregungsenergiequelle angestrahlt, dann ist der dieser Stirnfläche zugeordnete Spiegel für die Wellenlänge des Anregungslichtes im wesentlichen durchlässig und für die Wellenlänge der abgestrahlten kohärenten Strahlung im wesentlichen reflektierend ausgebildet. In vorteilhafter Weise kann das organische, stimulierbare Medium aus einem in einer Lösung aufgelösten Metall-Porphyrin bestehen. Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung besteht das Metall-Porphyrin aus Chloro-Aluminium-Phthalocyanin, das vorzugsweise in Äthylalkohol gelöst ist. Eine weitere vorteil-A further optical transmitter or amplifier can advantageously be used as the excitation energy source serve, the output pulses of which are of very high intensity, as z. B. in the "IBM Journal of Research and Development ”, April 1964, on pages 177 ff. In general, can while the excitation light source is on the lateral surface of the optical transmitter constructed according to the invention or amplifier, or else on one of the end faces, since that used according to the invention organic stimulable medium is enclosed in a cylindrical glass vessel. Becomes an end face of the stimulable medium enclosed in the cylindrical glass vessel by the excitation energy source illuminated, then the mirror assigned to this end face is for the wavelength of the excitation light is essentially transparent and coherent for the wavelength of the emitted Radiation formed essentially reflective. The organic, stimulable Medium consist of a metal porphyrin dissolved in a solution. According to a further development According to the invention, the metal porphyrin consists of chloro-aluminum phthalocyanine, which is preferably is dissolved in ethyl alcohol. Another advantage

hafte organische Verbindung für das stimulierbare Medium ist eine photoempfindliche Farbstofflösimg, wie z. B. S^'-Diäthylthiotricarbocyanin-Iodid-Lösung. Schließlich ergibt sich als vorteilhafte organische Verbindung eine ebenfalls photoempfindliche Farbstofflösung, wie Dimethyl-Sulfoxyd oder Dimethyl-Formamid. adherent organic compound for the stimulable medium is a photosensitive dye solution, such as B. S ^ '- diethylthiotricarbocyanine iodide solution. Finally, as an advantageous organic compound, there is also a photosensitive dye solution, such as dimethyl sulfoxide or dimethyl formamide.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die an Hand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der nachstehend aufgeführten Zeichnungen die Erfindung näher erläutert, und aus den Patentansprüchen. Es zeigtFurther advantages of the invention emerge from the following description, which is based on an exemplary embodiment the invention is explained in more detail with the aid of the drawings listed below, and from the claims. It shows

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines optischen Senders oder Verstärkers mit einem flüssigen Medium,F i g. 1 is a schematic representation of an optical transmitter or amplifier with a liquid Medium,

F i g. 2 ein Kernschema zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung,F i g. 2 shows a core diagram to explain the mode of operation of the invention,

F i g. 3 eine graphische Darstellung, bei der das Absorptionsvermögen des flüssigen Mediums in Abhängigkeit von der Wellenlänge aufgetragen ist,F i g. 3 is a graph showing the absorbency of the liquid medium is applied depending on the wavelength,

F i g. 4 eine graphische Darstellung, bei der seine Fluoreszenz in Abhängigkeit von der Wellenlänge aufgetragen ist,F i g. 4 shows a graph in which its fluorescence is plotted as a function of the wavelength is,

F i g. 5 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß aufgebauten' optischen Senders oder Verstärkers, F i g. .6 ein Termschema zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 5,F i g. 5 shows an embodiment of the 'optical transmitter or amplifier constructed according to the invention, F i g. .6 a term scheme to explain the mode of operation of the arrangement according to FIG. 5,

F i g. 7 eine graphische Darstellung, bei der das Absorptionsvermögen des flüssigen.Mediums in Abhängigkeit von der Wellenlänge für eine Anordnung nach F i g. 5 gezeigt ist,F i g. 7 is a graph showing the absorption capacity of the liquid medium as a function of on the wavelength for an arrangement according to FIG. 5 is shown

Fig. 8 eine graphische Darstellung, in der seine Fluoreszenz in Abhängigkeit von der Wellenlänge für eine Anordnung nach F i g. 5 aufgetragen ist.Fig. 8 is a graph in which its fluorescence as a function of the wavelength for an arrangement according to FIG. 5 is applied.

Bei der Anordnung nach F i g. 1 strahlt ein optischer Sender oder Verstärker 2 einen Hbchleistungslichtimpuls 4 ab, dessen Intensität im Bereich von 1 bis 100 Megawatt/cm² liegt und dessen Wellenlänge 6943 Ä beträgt. Ein hierzu geeigneter optischer Sender oder Verstärker ist z. B. im »IBM Journal of Research and Development«, April 1964, auf den Seiten 182 ff. beschrieben. Dieser Hochleistungsimpuls 4 ist auf ein Glasgefäß 6 gerichtet, das als Zylinder mit einer Länge von 25 mm und einem Durchmesser von etwa 17,5 mm ausgebildet ist. Das Glasgefäß 6 enthält eine organische Lösung, wie z. B. einen Phthalocyanin-Farbstoff 12, der beim Einfallen des Hochleistungsimpulses zu ' einer kohärenten Strahlung angeregt wird, indem parallel zu den Stirnflächen des zylinderförmigen Glasgefäßes 6 und parallel zur einfallenden Strahlrichtung Spiegel 8 und 10 angebracht sind. Die Spiegel 8 und 10 sind mit Hilfe bekannter Verfahren so ausgebildet, daß ^: sie für eine Wellenlänge von" 7560 Ä hochreflektierend sind, aber eine Durchlässigkeit von einigen Prozent besitzen. Für das durch den Spiegel 8 austretende Licht liegt eine Spektrographenspaltblende 14, durch die der kohärente Ausgangsstrahl, dessen Wellenlänge 7560 Ä beträgt, auf die Registriermittel des schematisch angedeuteten Spektrographen 16 gelangt. Die Spiegel 8 und 10 sind üblicherweise zu 92 bis- 98% reflektierend und damit zu 8 bis 2% durchlässig.In the arrangement according to FIG. 1, an optical transmitter or amplifier 2 emits a high-power light pulse 4, the intensity of which is in the range from 1 to 100 megawatts / cm ² and the wavelength of which is 6943 Å. A suitable optical transmitter or amplifier is z. B. in the "IBM Journal of Research and Development", April 1964, on pages 182 ff. Described. This high-power pulse 4 is directed to a glass vessel 6, which is designed as a cylinder with a length of 25 mm and a diameter of about 17.5 mm. The glass vessel 6 contains an organic solution, such as. B. a phthalocyanine dye 12, which is excited to 'a coherent radiation when the high-power pulse is incident, in that mirrors 8 and 10 are attached parallel to the end faces of the cylindrical glass vessel 6 and parallel to the incident beam direction. The mirrors 8 and 10 are designed with the aid of known methods so that ^: They are highly reflective for a wavelength of "7560 Å, but have a transmittance of a few percent. A spectrograph slit 14 through which the A coherent output beam, the wavelength of which is 7560 Å, reaches the recording means of the schematically indicated spectrograph 16. The mirrors 8 and 10 are usually 92 to 98% reflective and thus 8 to 2% transparent.

Erfindungsgemäß ist das Glasgefäß 6 mit einer organischen Verbindung oder einem Farbstoff gefüllt, der in die Gruppe der Metallporphyrine fällt. Unter dem Ausdruck Porphyrin werden hier alle Tetrapyrrolverbindungen verstanden, bei denen die Ringe in einem geschlossenen konjugierten System verbunden sind. Die Klasse dieser Verbindungen enthält somit Porphyrine, reduzierte Porphyrine und Benzoporphyrine. Abhängig davon, welches Metall porphyrin, verwendet wird, ergeben sich unterschiedliche Wellenlängen des kohärenten Ausgangslichtes. Ein solches mit einer scharfen Wellenlänge bei 7560 Ä hat sich mit.einem Porphyrin ergeben, das aus einer Raumtemperaturlösung von Chloro-Aluminium-Phthalocyanin besteht, das in Äthylalkohol gelöst ist. Die Phthalocyaninkonzentration beträgt dabei etwa 5 · 10⁶ bis 2 · 10¹⁷ MoIeküle pro Kubikzentimeter.According to the invention, the glass vessel 6 is filled with an organic compound or a dye which falls into the group of metal porphyrins. The term porphyrin is understood here to mean all tetrapyrrole compounds in which the rings are connected in a closed conjugated system. The class of these compounds thus includes porphyrins, reduced porphyrins and benzoporphyrins. Depending on which metal porphyrin is used, there are different wavelengths of the coherent output light. One with a sharp wavelength at 7560 Å has resulted from a porphyrin consisting of a room temperature solution of chloro-aluminum phthalocyanine dissolved in ethyl alcohol. The phthalocyanine concentration is about 5 · 10 ⁶ to 2 · 10 ¹⁷ molecules per cubic centimeter.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung nach F i g. 1 soll nun an Hand der Darstellungen in den F i g. 2 bis 4 näher erläutert werden. Wie bereits gesagt, enthält die Glaszelle 6 eine speziell ausgesuchte organische Verbindung, wie z. B. Chloro-Aluminium-. Phthalocyanin, das in Äthylalkohol gelöst ist, wobei sich die Glaszelle zwischen zwei parallelen Planspiegeln 8 und 10 befindet. Der der Anregung dienende optische Sender oder Verstärker 2 arbeitet im Impulsbetrieb, so daß von ihm ein kohärenter Strahl hoher Intensität mit einer charakteristischen Wellenlänge von 6943 Ä und einer Strahlintensität von mindestens 1 Megawatt/cm² abgestrahlt wird. Nach Inbetriebnahme des optischen Senders oder Verstärkers 2 zeigt sich auf dem Registriermittel des Spektrographen 16 ein scharf definierter Ausgang aus dem durch die Spiegel 8 und 10 begrenzten optischen Resonator bei einer Wellenlänge von 7560 Ä.The mode of operation of the arrangement according to the invention according to FIG. 1 should now be based on the representations in FIGS. 2 to 4 are explained in more detail. As already said, the glass cell 6 contains a specially selected organic compound, such as. B. chloro-aluminum. Phthalocyanine that is dissolved in ethyl alcohol, with the glass cell between two parallel flat mirrors 8 and 10. The optical transmitter or amplifier 2 used for excitation operates in pulsed mode, so that it emits a coherent high-intensity beam with a characteristic wavelength of 6943 Å and a beam intensity of at least 1 megawatt / cm ² . After the optical transmitter or amplifier 2 has been put into operation, the recording means of the spectrograph 16 shows a sharply defined output from the optical resonator delimited by the mirrors 8 and 10 at a wavelength of 7560 Å.

Die kohärente Strahlung 4 bei einer Wellenlänge von 6943 Ä, die einem Punkt am unteren Flankenende der Absorptionskurve a (F i g. 3) entspricht, fällt auf den in der Glaszelle 6 enthaltenen Phthalocyaninfarbstoff 12 ein, so daß die Phthalocyanin-Moleküle in einen Zustand S₁' (F i g. 2) angeregt werden. Im Termschema nach F i g. 2 sind die verschiedenen Schwingungsenergieniveaus im Grundzustand mit S₁, S₂, S₃ und S₄ bezeichnet. Die verschiedenen Schwingungsenergiezustände des ersten angeregten Singulett-Zustandes sind dort mit S₁, S₂', S₃' und S₄' bezeichnet.The coherent radiation 4 at a wavelength of 6943 Å, which corresponds to a point at the lower flank end of the absorption curve a (FIG. 3), is incident on the phthalocyanine dye 12 contained in the glass cell 6, so that the phthalocyanine molecules are in a state S ₁ ' (Fig. 2) are excited. In the term scheme according to FIG. 2, the different vibration energy levels in the basic state are denoted by S ₁ , S ₂ , S ₃ and S _4. The different vibration energy states of the first excited singlet state are denoted there by S ₁ , S ₂ ', S ₃ ' and S ₄ '.

Wenn eine ausreichende Inversion der Moleküle zwi-If there is sufficient inversion of the molecules between

- sehen dem angeregten Zustand S₁ und den Schwingungsenergieniveaus im Grundzustand erreicht ist, dann tritt eine stimulierte Emission auf. Für in Äthylalkohol gelöstes Chloro-Aluminium-Phthalocyanin be-- See the excited state S ₁ and the vibration energy level has been reached in the ground state, then a stimulated emission occurs. For chloro-aluminum-phthalocyanine dissolved in ethyl alcohol

trägt die Übergangswellenlänge 7560 Ä. An dieser Stelle sei festgestellt, daß Übergänge zwischen dem angeregten Zustand S₁ und einem Triplett-Zustand Γ mit einer, im übrigen gewünschten, niedrigen Wahrscheinlichkeit auftreten, wenn das zentrale Metall-Ion in dem Phthalocyanin-Molekül durch ein leichtes diamagnetisches Ion gebildet wird. Dies ist der Fall, wenn als stimulierbares Farbstoffmedium Chloro-Aluminium-Phthalocyanin gewählt wird. Im allgemeinen findet der Übergang bei der kohärenten Wellenlänge von der ersten angeregten Schwingungsrotationsbande S₁ auf angeregte Schwingungsenergieniveaus des Grundzustandes statt. Es versteht sich, daß nicht unbedingt ein organisches Lösungsmittel für die zu einer Abgabe kohärenten Strahlung dienenden organischen Moleküle erforderlich ist. Auch anorganische Lösungsmittel, wie z. B. konzentrierte Schwefelsäure, sind hierzu geeignet. Außerdem läßt sich an Stelle eines flüssigen Lösungsmittels auch glasartiges festes Material verwenden.carries the transition wavelength 7560 Ä. At this point it should be noted that transitions between the excited state S ₁ and a triplet state Γ occur with an otherwise desired, low probability if the central metal ion in the phthalocyanine molecule is formed by a light diamagnetic ion. This is the case when chloro-aluminum-phthalocyanine is chosen as the stimulable dye medium. In general, the transition takes place at the coherent wavelength from the first excited vibrational rotation band S ₁ to excited vibrational energy levels of the ground state. It will be understood that an organic solvent is not necessarily required for the organic molecules used to deliver coherent radiation. Inorganic solvents, such as. B. concentrated sulfuric acid are suitable for this purpose. In addition, glass-like solid material can also be used instead of a liquid solvent.

Die für die Abgabe der kohärenten Strahlung erforderliche Inversionsdichte des flüssigen Phthalocyanine sowie die pro Raumeinheit aufzuwendende minimale Anregungsleistung, um das System auf der Schwingungsgrenzbedingung zu halten, läßt sich unter An-The inversion density of the liquid phthalocyanine required for the emission of the coherent radiation as well as the minimum excitation power to be used per unit of space in order to bring the system to the vibration limit condition to hold, can be under

nähme einer Lorentz-Linienform wie folgt berechnen: &π²τ Av(I-R) n_r ² take a Lorentz line form as follows: & π ² τ Av (IR) n _r ²

Nth VNth V

λΙΙΦλΙΙΦ

NthNth

Hierin bedeuten -T₇-- die Anzahl der Ionen im Inver-Here -T ₇ - the number of ions in the inverse

sionszustand, / die Länge des stimulierbaren Mediums, also im wesentlichen die Entfernung der Spiegel 8 und 10 voneinander, Φ den Fluoreszenzanteil in der gewünschten stimulierbaren Bande, λ die Wellenlänge der stimulierbaren Bande, τ die beobachtete Lebensdauer der Fluoreszenz, A ν die Halbwertbreite der stimulierbaren Bande, ausgedrückt in der entsprechenden Wellenzahländerung, n_r den Brechungsindex des stimulierbaren Mediums und R das Reflexionsvermögen der Spiegel 8 und 10 des optischen Resonators.sion state, / the length of the stimulable medium, i.e. essentially the distance between the mirrors 8 and 10, Φ the fluorescence component in the desired stimulable band, λ the wavelength of the stimulable band, τ the observed lifetime of the fluorescence, A ν the half-value width of the stimulable band Band, expressed in the corresponding wavenumber change, n _r the refractive index of the stimulable medium and R the reflectivity of the mirrors 8 and 10 of the optical resonator.

Zur Anwendung der Gleichung 1 wird vorausgesetzt, daß ein absorbiertes Photon seine Energie zur Fluoreszenzanregung hergibt, d. h., daß ein Fluoreszenzquantenwirkungsgrad von 100 °/₀ vorliegt. Für Phthalocyanin mit leichten diamagnetischen Zentralmetall-Ionen oder freien Phthalocyanin-Basen trifft eine solche Annahme annähernd zu. Bekanntlich beträgt der Quantenwirkungsgrad, von Magnesium-Phthalocyanin ungefähr 80^u/₀ bei 300° C. Die in dieFor the application of equation 1 it is assumed that an absorbed photon produces its energy for fluorescence excitation, ie that a fluorescence quantum efficiency of 100 ° / ₀ is present. For phthalocyanine with light diamagnetic central metal ions or free phthalocyanine bases, such an assumption is approximately correct. As is known, the quantum efficiency of magnesium phthalocyanine is about 80 ^u / ₀ at 300 ° C. The in die

ίο Gleichung 1 einzusetzenden Daten, die sich bekanntlich auf Magnesium-Phthalocyanin anwenden lassen, sind ebenso, wenn auch mit geringfügigen Ausnahmen, auf in Äthylalkohol gelöstes Chloro-Aluminium-Phthalocyanin anwendbar. Wenn nun in Gleichung 1 für Φ = 1/10, / = 2,5 cm, A ν = 200 cm"¹, τ = 7,9 ■ 10° Sekunden und R = 0,95 eingesetzt wird, dann ergibt sich:ίο Equation 1, which is known to be applicable to magnesium phthalocyanine, are also applicable, albeit with minor exceptions, to chloroaluminum phthalocyanine dissolved in ethyl alcohol. If now in equation 1 for Φ = 1/10, / = 2.5 cm, A ν = 200 cm " ¹ , τ = 7.9 ■ 10 ° seconds and R = 0.95 we get:

Nth _ 8π²(7,9-10-⁹)-(200-3-10¹⁰)· (0,05)-(1,5) 3,2 · ΙΟ¹⁴ Nth _ 8π ² (7.9-10- ⁹ ) - (200-3-10 ¹⁰ ) · (0.05) - (1.5) 3.2 · ΙΟ ¹⁴

(0,75 · ΙΟ-⁴)² · (2,5) ■ (0,1)(0.75 ΙΟ- ⁴ ) ² (2.5) ■ (0.1)

cnrcnr

ti · χ it ι ι ·· ι τ · 3,2 · 10" Ionen Um nun eine Molekül-Inversion von — 3 ti · χ it ι ι ·· ι τ · 3.2 · 10 "ions In order to achieve a molecular inversion of - 3

cm³ cm ³

aufrechtzuerhalten, ist eine minimale absorbierte Anregungsleistung von annähernd 100 — erforderlich. Dieser Anforderung kann vollauf durch Anwendung eines Hochleistungsimpuislasers, wie oben erwähnt, genügt werden.to maintain is minimal excitation power absorbed of approximately 100 - required. This requirement can be fully applied a high-power pulse laser, as mentioned above, are sufficient.

Wie sich aus der graphischen Darstellung nach Fig. 3 ergibt, "liegt die Frequenz der kohärenten Strahlung des Rubinmediums bei 6943 Ä am unteren Ende der Flanke der Absorptionskurve α des Flüssigkeitsmediums, so daß ein solcher Strahl die Phthalocyanin-Moleküle in den Zustand S₁' anregt. Die Kurve b in der graphischen Darstellung nach F i g. 4 stellt die generelle Fluoreszenzkurve des Phthalocyanin-Farbstoffs dar; mithin von einem Fluoreszenzlicht, das inkohärent ist, im Unterschied zu einer stimulierten Strahlung, die kohärent und gebündelt ist.As can be seen from the graph according to FIG. 3, "the frequency of the coherent radiation of the ruby medium is 6943 Å at the lower end of the flank of the absorption curve α of the liquid medium, so that such a beam transforms the phthalocyanine molecules into the state S ₁ ' Curve b in the graph of Fig. 4 represents the general fluorescence curve of the phthalocyanine dye, i.e. from fluorescent light that is incoherent as opposed to stimulated radiation that is coherent and focused.

Die Erfindung läßt sich auch auf andere Flüssigkeiten oder organische Moleküle als Metallporphyrine ausdehnen. Außerdem braucht die Anregungsenergie nicht notwendigerweise einem Rubinlaser entnommen zu werden.The invention can also be applied to liquids or organic molecules other than metal porphyrins expand. In addition, the excitation energy does not necessarily need to be taken from a ruby laser to become.

So läßt sich an Stelle des Rubinlasers 2 eine Anregungsquelle verwenden, bei der alle Singulett-Singulett-Anregungsbande benutzt werden, um in wirkungsvoller Weise die niedrigsten Schwingungsenergieniveaus des angeregten Singulett-Zustandes zu besetzen, wenn nur die Intensität der einwirkenden Anregungsenergie hoch genug ist, d. h., im Falle von Chloro-Aluminium-Phthaiocyanin muß der Änregungsstrahlung mindestens 100 Kilowatt/cm³ entnommen werden können, wenn die Spiegel 8 und 10 jeweils ein Reflexionsvermögen von 0,95 besitzen und wenn die Länge des Glasgefäßes 6 in Strahlrichtung 2,5 cm beträgt. Die angelegte Anregungsenergie pro Raumeinheit läßt sich verringern, wenn eine größere Länge / für das stimulierbare Medium 12 wirksam ist, oder wenn das Reflexionsvermögen der Spiegel einen höheren Wert besitzt, wie es aus der oben angegebenen Gleichung 1 ersichtlich ist. Dabei ergibt sich auch eine sehr kurze Anstiegszeit, die nicht langer als einige Vielfache der mittleren Zerfallszeit lj{ks'T) des ersten angeregten Singulett-Zustandes auf den Triplett-Zustand ist. Die zuletzt genannte mittlere Zerfallszeit beträgt etwa 100 Nanosekunden für Chloro-Aluminium-Phthylocyanin. Die Zerfallszeit lftks'T) stellt dabei den Reziprokwert der Zerfallskonstante k dar, nämlich die Anzahl der invertierten Ionen pro Sekunde, die vom ersten Schwingungsenergieniveau S₁' in den Triplett-Zustand Γ übergehen.
Die obenerwähnten minimalen Anregungsleistungen und Impulsanstiegszeiten ändern sich je nach Anwendung spezieller organischer Verbindungen als stimulierbare Medien in der Glaszelle 6. Bei Anwendung von Porphyrinen hängt die Zerfallskonstante ks>T von dem in dem anzuregenden speziellen Molekül eingebauten Zentralmetall-lon ab. In organischen Molekülen, die nicht den metallorganischen Verbindungen zuzurechnen sind, bestimmen andere Faktoren die Konstante ks'T·
Wenn die beiden obengenannten Bedingungen, nämlich minimale Anregungsenergie und schnelle Impulsanstiegszeiten, eingehalten werden, dann lassen sich eine große Anzahl von fluoreszenten organischen Molekülen anwenden. Außerdem kann der Rubinlaser 2 durch eine Entladungsblitzlampe oder eine andere geeignete Lichtquelle ersetzt werden, vorausgesetzt allerdings, daß die verwendete Lichtquelle die obenerwähnte minimale Lichtenergie abzugeben vermag und der von ihr abgegebene Lichtimpuls eine hinreichend schnelle Anstiegszeit besitzt. Wird eine organische Verbindung ohne Zentralmetall-lon verwendet, dann gilt das gleiche Kriterium, nämlich daß die Anstiegszeit des Anregungsimpulses nicht länger ist als einige Vielfache der Zerfallszeit vom ersten angeregten Zustand S₁' auf den Triplett-Zustand T. Thus, instead of the ruby laser 2, an excitation source can be used in which all singlet-singlet excitation bands are used in order to effectively occupy the lowest vibration energy levels of the excited singlet state, if only the intensity of the applied excitation energy is high enough, ie In the case of chloro-aluminum-phthalocyanine, at least 100 kilowatts / cm ^{3 of} excitation radiation must be able to be taken if the mirrors 8 and 10 each have a reflectivity of 0.95 and if the length of the glass vessel 6 in the direction of the beam is 2.5 cm . The applied excitation energy per unit of space can be reduced if a greater length / is effective for the stimulable medium 12, or if the reflectivity of the mirrors has a higher value, as can be seen from Equation 1 given above. This also results in a very short rise time, which is no longer than a few multiples of the mean decay time lj {ks'T) of the first excited singlet state to the triplet state. The last-mentioned mean disintegration time is around 100 nanoseconds for chloro-aluminum-phthylocyanin. The decay time lftks'T) represents the reciprocal of the decay constant k , namely the number of inverted ions per second that change from the first vibration energy level S ₁ ' to the triplet state Γ.
The above-mentioned minimum excitation powers and pulse rise times change depending on the use of special organic compounds as stimulable media in the glass cell 6. When using porphyrins, the decay constant ks> T depends on the central metal ion built into the special molecule to be excited. In organic molecules that cannot be assigned to organometallic compounds, other factors determine the constant ks'T
If the two conditions mentioned above, namely minimum excitation energy and rapid pulse rise times, are met, then a large number of fluorescent organic molecules can be used. In addition, the ruby laser 2 can be replaced by a discharge flash lamp or another suitable light source, provided, however, that the light source used is able to emit the minimum light energy mentioned above and the light pulse emitted by it has a sufficiently fast rise time. If an organic compound without a central metal ion is used, the same criterion applies, namely that the rise time of the excitation pulse is no longer than a few multiples of the decay time from the first excited state S ₁ 'to the triplet state T.

Eine kohärente Strahlung läßt sich auch dann erzielen, wenn S^'-Diäthylthiotricarbocyanin-Iodid (abgekürzt DTTC-Iodid) als Ersatz für den Chloro-Aluminium-Phthalocyanin-Farbstoff oder anderes organisches stimulierbares Material 12 angewendet wird. Um aber in diesem Falle einen kohärenten Ausgangsstrahl höherer Intensität aus dem stimulierbaren Farbstoff zu erhalten, wird an Stelle der Anordnung nach F i g. 1 eine Anregungsanordnung durch die Stirnfläche gemäß F i g. 5 angewendet. Diese Anordnung an sich gehört nicht zur vorliegenden Erfindung. Zur Erzeugung eines Hochleistungsimpulses liegt hierbei in Strahlrichtung eines kohärent strahlenden Rubinmediums 22 ein g-Schalter 23, der aus einer bleichbaren Farbstoff-Coherent radiation can also be achieved if S ^ '- diethylthiotricarbocyanine iodide (abbreviated DTTC iodide) as a replacement for the chloro-aluminum-phthalocyanine dye or other organic stimulable material 12 is applied. But in this case a coherent output beam To obtain higher intensity from the stimulable dye, instead of the arrangement according to FIG. 1 an excitation arrangement through the end face according to FIG. 5 applied. This arrangement belongs in itself not part of the present invention. In order to generate a high-power impulse, this lies in the direction of the beam a coherently radiating ruby medium 22 a g switch 23, which is made of a bleachable dye

lösung, wie ζ. Β. Vanadyl-Phthalocyanin, besteht. Sowohl der QrSchalter 23 als auch die Ausstrahlungsrichtung des Rubins 22 liegen innerhalb eines von den Spiegeln 25,pnd 27 begrenzten optischen Resonators. Der Spiegel 25 hat bei einer Wellenlänge von 0,69 μηι ein Reflexionsvermögen von etwa 99%. Der Spiegel 27 besitzt eine Durchlässigkeit von 6O°/o bei einer Wellenlänge von 0,69 μηι und ein Reflexionsvermögen von 99°/o bei einer Wellenlänge von 0,81 μπι. Hinter dem Spiegel 27 in Strahlrichtung des Rubins 22 ist ein Glasbehälter 26 von einer Länge mit etwa 25 mm und einem Durchmesser von etwa 17,5 mm angeordnet, der eine hohe optische Güte aufweist. Jede Stirnfläche des zylindrisch geformten Glasbehälters 26, dessen Achse mit der Strahlrichtung zusammenfällt, besitzt außerdem einen Antireflexbelag 29 bzw. 31. Dieser Glasbehälter 26 ist mit DTTC-Iodid gefüllt, das in einer der nachstehend genannten Lösungen gelöst sein kann, nämlich in Dimethylsulfoxyd, in Äthylalkohol, in Methylalkohol, in 1-Propanol, in Dimethylformamid, in Aceton, in ButylaJkohol, in Glycerin und in Äthylglycol. solution, like ζ. Β. Vanadyl phthalocyanine. Both the Qr switch 23 and the radiation direction of the ruby 22 are within one of the Mirrors 25, pnd 27 limited optical resonator. The mirror 25 has a wavelength of 0.69 μm a reflectivity of about 99%. The mirror 27 has a permeability of 60% at a wavelength of 0.69 μm and a reflectivity of 99% at a wavelength of 0.81 μm. Behind the Mirror 27 in the beam direction of the ruby 22 is a glass container 26 with a length of about 25 mm and a diameter of about 17.5 mm, which has a high optical quality. Each face of the cylindrically shaped glass container 26, the axis of which coincides with the beam direction, also has an anti-reflective coating 29 or 31. This glass container 26 is filled with DTTC iodide, which is in a the following solutions can be dissolved, namely in dimethyl sulfoxide, in ethyl alcohol, in methyl alcohol, in 1-propanol, in dimethylformamide, in acetone, in butyl alcohol, in glycerine and in ethyl glycol.

Die DTTC-Iodid-Lösung ist zunächst für einen Strahlenweg von etwa 25 mm auf eine Durchlässigkeit von ungefähr 30% bei einer Wellenlänge von 0,69 μηι eingestellt worden. Schließlich hat sich aber gezeigt, daß DTTC-Iodid-Farbstoff-Konzentrationen auch mit geringer Durchlässigkeit bei 0,69 μηι die Abgabe einer kohärenten Ausgangsstrahlung mit einer Anordnung nach Fig. 5 in zufriedenstellender Weise gestatten. Dabei kann das Verhältnis ///„, wobei / die Ausgangsintensität und I₀ die Eingangsintensität darstellt, Werte zwischen 0,9 und 10-²⁵ annehmen. Die Intensität der kohärenten Ausgangsstrahlung des stimulierbaren DTTC-Iodid-Mediums hat sich dabei nur um weniger als um den Faktor 2 über den gesamten obengenannten Bereich verändert. Dabei hat sich das Zentrum der stimulierten Emissionsbande um einige 600 Ä im genannten Bereich verschoben. Bei Anwendung einer unterschiedlichen Farbstoffkonzentration ergibt sich entsprechende Frequenzverschiebung der kohärenten DTTC-Iodid-Ausgangsstrahlung. Das bedeutet aber, daß der optische Sender oder Verstärker gemäß der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise abgestimmt werden kann.The DTTC iodide solution was initially set for a beam path of about 25 mm to a permeability of about 30% at a wavelength of 0.69 μm. Ultimately, however, it has been shown that DTTC iodide dye concentrations even with low permeability at 0.69 μm permit the emission of a coherent output radiation with an arrangement according to FIG. 5 in a satisfactory manner. In this case, the ratio /// ", where / represents the output intensity I ₀ and the input intensity, assume values between 0.9 and 10 ^25th The intensity of the coherent output radiation of the stimulable DTTC iodide medium has only changed by less than a factor of 2 over the entire range mentioned above. The center of the stimulated emission band has shifted by a few 600 Å in the area mentioned. If a different dye concentration is used, there is a corresponding frequency shift of the coherent DTTC iodide output radiation. However, this means that the optical transmitter or amplifier according to the present invention can be tuned in an advantageous manner.

■ Unterschiedliche Lösungsmittel haben ebenso Frequenzverschiebungen zur Folge, was ebenfalls für Abstimmungszwecke anwendbar ist. Dem aus dem Glasgefäß 26 austretenden Lichtstrahl ist ein zusätzlicher optischer Teilresonator zugeordnet, der durch einen weiteren Spiegel 33, der bei einer Wellenlänge von 0,69 μηι zu 15% durchlässig ist und bei einer Wellenlänge von 0,81 μπι zu 75 % reflektierend ist, begrenzt wird.■ Different solvents also have frequency shifts result, which is also applicable for voting purposes. The one from the glass jar 26 exiting light beam is assigned an additional optical partial resonator, which is through a further mirror 33, which is 15% permeable at a wavelength of 0.69 μm and at one wavelength of 0.81 μπι is reflective to 75%, limited will.

Zu der Anordnung nach F i g. 5 ist festzustellen, daß ebenso wie in der Anordnung nach Fig. 1 zwei diskrete optische Resonatoren wirksam sind, wobei der mittlere Spiegel 27 beiden optischen Resonatoren gemeinsam ist. Der stimulierbare Rubin des Hochleistungsimpulssenders hat in einem Ausführungsbeispiel eine Länge von 60 cm gehabt, während die Länge des DTTC-Iodid-Mediums 22 cm betragen hat. Im Gegensatz zur Anordnung nach F i g. 1 wird aber hier, wie bereits erwähnt, einer Stirnfläche des die DTTC-Iodid-Lösung enthaltenden zylindrischen Glasgefäßes 26 die vom Rubinlaser 22 zugeführte Anregungsenergie übertragen. Indem verschiedene Lösungen und Konzentrationen im Glasgefäß 26 verwendet werden, ergeben sich in Abhängigkeit davon Ausgangsstrahlen im Wellenlängenbereich von 0,78 μπι bis 0,86 μηι.The arrangement according to FIG. 5 it should be noted that, just as in the arrangement according to FIG. 1, two discrete optical resonators are effective, the middle mirror 27 being common to both optical resonators. In one embodiment, the stimulable ruby of the high-power pulse transmitter was 60 cm long, while the length of the DTTC iodide medium was 22 cm. In contrast to the arrangement according to FIG. 1, however, as already mentioned, the excitation energy supplied by the ruby laser 22 is transmitted to an end face of the cylindrical glass vessel 26 containing the DTTC iodide solution. By using different solutions and concentrations in the glass vessel 26, output rays in the wavelength range from 0.78 μm to 0.86 μm result as a function thereof.

Unter Anwendung verschiedener anderer photoempfindlicher Farbstoffe lassen sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung Hochleistungslaserimpulse im Spektralbereich zwischen 0,7 μιη und 1,5 μηι erzielen. So hat sich z. B. bei Anwendung von DTTC-Iodid in einer Methylalkohollösung, die bei einer Wellenlänge von 0,6 μπι in einer Strahlenweglänge von ίο etwa 25 mm zu 40% durchlässig gewesen ist, eine Ausgangsspitzenleistung von 0,63 Megawatt bei einer Wellenlänge von 0,816 μιη ergeben. Nach Entfernen des Außenspiegels 33 und der Glaszelle 26 ist die Spitzenausgangsleistung des Rubinlasers 22 allein gemessen worden. Hierbei hat sich ein Wert von 4,45 Megawatt ergeben. Das bedeutet, daß der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Anordnung etwa 14 % beträgt. Es ergibt sich jedoch, daß mit der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 5 eine impulsförmige Ausgangsstrahlung zu erzielen ist, deren Bündelung viel schärfer ist als die der Ausgangsstrahlung eines Rubinlasers allein. Hierzu sind Vergleiche zwischen den sich in größerem Abstand von den genannten Lasern ergebenden, projezierten Leuchtflecken angestellt worden. Nach Entfernung der Glaszelle 26 und des Außenspiegels 33 hat sich mit dem Rubinlaser 22 allein ein Leuchtfleck mit einem Durchmesser ergeben, aus dem eine Bündelung, gemessen im Halbwinkel, von 0,005 rad abzuleiten ist. Demgegenüber ist die durch den DTTC-Iodid-Laser beleuchtete Fläche bei gleicher Entfernung nur 6% hiervon gewesen. Das bedeutet aber, daß impulsförmige Strahlen des DTTC-Iodid-Lasers etwa eine 2,3fache Intensität gegenüber einem Rubinlaserstrahl besitzen.Using various other photosensitive Dyes can be high-power laser pulses with the arrangement according to the invention achieve in the spectral range between 0.7 μm and 1.5 μm. So has z. B. when using DTTC iodide in a methyl alcohol solution, which at a Wavelength of 0.6 μπι in a beam path length of ίο was about 25 mm to 40% permeable, an output peak power of 0.63 megawatts with a Wavelength of 0.816 μιη result. After removing the exterior mirror 33 and the glass cell 26 is the The peak output of the ruby laser 22 alone has been measured. This has a value of 4.45 megawatts result. This means that the efficiency of the arrangement according to the invention is about 14%. It turns out, however, that with the arrangement according to the invention according to FIG. 5, a pulse-shaped output radiation can be achieved whose focus is much sharper than that of the output radiation of a ruby laser alone. For this purpose, comparisons are to be made between the results at a greater distance from the lasers mentioned, projected light spots have been turned on. After removing the glass cell 26 and the exterior mirror 33, with the ruby laser 22 alone, a light spot with a diameter resulted from which a bundling, measured at a half angle, of 0.005 rad can be derived. In contrast, it is through The area illuminated by the DTTC iodide laser was only 6% of this at the same distance. That means but that pulsed beams of the DTTC iodide laser are about 2.3 times the intensity of a Own ruby laser beam.

Bei Verwendung von DTTC-Iodid gilt das Termschema nach Fig. 6. Im Gegensatz zum Chloro-Aluminium-Phthalocyanin-Termschema nach F i g. 2 liegt beim Termschema nach F i g. 6 eine Verschiebung des Franck-Condon-Prinzips zugrunde. Das bedeutet, daß die Gleichgewichtskonfigurationen für die Elektronengrundzustände und die angeregten Elektronenzustände jeweils verschieden sind. Diese Differenz resultiert in einer Verschiebung der Spitzenfluoreszenz zu längeren Wellenlängen hin. Die Ausgangslinie im Termschema nach F i g. 6 hat eine Frequenz v. Bei Anregung wird das absorbierte Rubinlaserlicht dazu benutzt, die Farbstoffmoleküle von der Schwingungsrotationsbande S₁ des elektronischen Grundzustandes auf Energieniveaus der Schwingungsrotationsbande S₁' und SV anzuheben. In darauffolgenden nicht strahlenden Übergängen gelangen dann alle Moleküle in die niedrigste Schwingungsrotationsbande S₁' des angeregten Elektronenzustandes. Die stimulierte Emission ergibt sich dann in einem Übergang von der Bande S₁' zu den angeregten Schwingungsniveaus der Schwingungsrotationsbande S₁ des Elektronengrundzustandes. Die Verschiebung auf Grund des Franck-Condon-Prinzips ist insofern nützlich, als auf diese Weise die Wellenlänge der kohärenten Ausgangsstrahlung außerhalb des Bereichs maximaler Absorption zu liegen kommt, der, wie aus F i g. 7 ersichtlich, bei 7570 Ä liegt, so daß sich ein günstiges Gewinn- zu Verlustverhältnis im Resonator ergibt.When using DTTC iodide, the term scheme according to FIG. 6 applies. In contrast to the chloro-aluminum-phthalocyanine term scheme according to FIG. 2 is in the term scheme according to FIG. 6 is based on a shift in the Franck-Condon principle. This means that the equilibrium configurations for the electronic ground states and the excited electronic states are each different. This difference results in a shift in the peak fluorescence towards longer wavelengths. The starting line in the term scheme according to FIG. 6 has a frequency v. When excited, the absorbed ruby laser light is used to raise the dye molecules from the oscillation rotation band S _{1 of} the electronic ground state to energy levels of the oscillation rotation band S ₁ ' and SV. In subsequent non-radiating transitions, all molecules then get into the lowest vibrational rotation band S ₁ 'of the excited electron state. The stimulated emission then results in a transition from the band S ₁ ' to the excited oscillation levels of the oscillation rotation band S _{1 of} the electronic ground state. The shift based on the Franck-Condon principle is useful insofar as in this way the wavelength of the coherent output radiation comes to lie outside the range of maximum absorption which, as shown in FIG. 7 can be seen, is at 7570 Å, so that there is a favorable gain to loss ratio in the resonator.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind angeregte Singulett-zu-Triplett-Übergänge unerwünscht, weil solche Übergänge zu einer Verarmung in der Besetzung des ersten Schwingungsenergieniveaus des ersten angeregten Singulett-Zustandes S₁ führen undIn the arrangement according to the invention, excited singlet-to-triplet transitions are undesirable because such transitions lead to a depletion in the population of the first vibration energy level of the first excited singlet state S ₁ and

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infolgedessen die Besetzungsinversion zwischen diesem angeregten Zustand und den verschiedenen angeregten Schwingungsenergiezuständen des Singulett-Grundzustandes beeinträchtigen. Aus diesem Grunde werden erfindungsgemäß solche organischen Moleküle verwendet, die Singulett-zu-Singulett-Übergänge unterstützen. Bei Anwendung von Phthalocyanin werden die erlaubten Übergänge durch Singulett-Singulett-Übergänge (elektrischer Dipol) des konjugierten Rings der π-Elektronen gebildet. Bei DTTC-Iodid ergeben sich Singulett-Singulett-Übergänge (elektrischer Dipol) der konjugierten Kette der π-Elektronen.consequently the population inversion between this excited state and the different excited ones Affect the vibrational energy states of the singlet ground state. Because of this, will according to the invention such organic molecules are used which support singlet-to-singlet transitions. When using phthalocyanine, the permissible transitions are singlet-singlet transitions (electric dipole) of the conjugated ring of the π electrons is formed. At DTTC iodide resulted singlet-singlet transitions (electrical dipole) of the conjugated chain of the π-electrons.

Die meisten organischen Moleküle besitzen streng erlaubte Übergänge im ultravioletten, einige im sichtbaren und andere im infraroten Spektralbereich. Diese erlaubten Übergänge stellen für gewöhnlich Singulett-Singulett-Übergänge dar. In seltenen Fällen erlauben gewisse organische Moleküle, wenn sie durch Lichtimpulse hoher Intensität angeregt werden, Triplett-zu-Triplett-Übergänge, die es ermöglichen, Äusgangsstrahlungsimpulse bereitzustellen, die den sich bei Singulett-zu-Singulett-Übergängen ergebenden gleichen. Mit anderen Worten, es ist erstrebenswert, wenn das Verhältnis von Fluoreszenz zu Phosphoreszenz des ausgewählten organischen Moleküls so groß wie möglich ist, d. h:.0F I Φρ > 1, worin Φρ den Fluoreszenzquantenwirkurigsgrad und Φρ den Phosphoreszenzquantenwirkungsgrad bedeuten. Fernerhin ist es wünschenswert, daß nicht strahlende Übergänge vom ersten Schwingungsenergieniveau des ersten angeregten Singuiett-Zustandes allgemein mit geringer Wahrscheinlichkeit stattfinden.Most organic molecules have strictly permitted transitions in the ultraviolet, some in the visible and others in the infrared spectral range. These allowed transitions usually represent singlet-singlet transitions. In rare cases, certain organic molecules, when excited by light pulses of high intensity, allow triplet-to-triplet transitions that make it possible to provide output radiation pulses that are similar to singlet -to-singlet transitions resulting in same. In other words, it is desirable if the ratio of fluorescence to phosphorescence of the selected organic molecule is as large as possible, i.e. h: .0F I Φρ > 1, where Φρ is the fluorescence quantum efficiency and Φρ is the phosphorescence quantum efficiency. Furthermore, it is desirable that non-radiating transitions from the first vibration energy level of the first excited singlet state generally take place with a low probability.

Obgleich es bekannt ist, daß Chelate metallorganische Verbindungen darstellen, tragen erlaubte elektrische Dipolübergänge der Moleküle dieser Gruppe von Verbindungen nur zur Anregung des aus einer solchen Verbindung bestehenden stimulierbaren Mediums bei. In der Gruppe der gemäß der Erfindung verwendeten organischen Verbindungen werden erlaubte elektrische Dipol-Übergänge nicht nur für den Anregungsvorgang, sondern auch für die kohärenteAlthough it is known that chelates are organometallic compounds, electrical ones are allowed Dipole transitions of the molecules of this group of compounds only serve to excite the one from one such a connection existing stimulable medium. In the group according to the invention Organic compounds used are allowed electrical dipole transitions not only for the Excitation process, but also for the coherent

ίο Strahlung ausgenutzt. So hat sich gezeigt, daß das Vorhandensein oder das NichtVorhandensein eines Metallions in der organischen Muttersubstanz nur von sekundärer Bedeutung ist; ein solches Metaliion dient lediglich zur Beeinflussung der exakten Lage des er-ίο Radiation exploited. So it has been shown that the Presence or absence of a metal ion in the parent organic substance only of is of secondary importance; such a metal ion only serves to influence the exact position of the

laubten Übergangs und des dabei erzielten Quantenwirkungsgrades. Ein solches organisches Molekül wirkt fluoreszierend und besitzt einen hohen Fluoreszenzquantenwirkungsgrad bei elektrischen Dipol-Übergängen, die zur Abgabe kohärenter Strahlung ausgenutzt werden.permitted transition and the achieved quantum efficiency. One such organic molecule has a fluorescent effect and has a high fluorescence quantum efficiency at electrical dipole transitions, which are used to emit coherent radiation.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß die Vorderflanken der Ausgangsstrahlungsimpulse der erfindungsgemäß stimulierbaren organischen Moleküle gewöhnlich kurze Anstiegszeiten aufweisen. Vorderflanken dieser Art sind dann von besonderem Vorteil wenn eine aufeinanderfolgende Verstärkung derÄusgangsimpulsedurchgeführt werden soll. Außerdem sind kurze Anstiegszeiten eines Lichtimpülses insbesondere dann brauchbar, wenn ein hohes optisches Auflösungsvermögen erzielt werden soll. Die erfindungsgemäße Anordnung ist also sowohl zur Lichtverstärkung als auch zur Lichterzeugung geeignet.In practice it has been shown that the leading flanks the output radiation pulses of the organic molecules that can be stimulated according to the invention are usually short Have rise times. Leading edges of this type are particularly advantageous when there is a consecutive Amplification of the output pulses is to be carried out. In addition, short rise times of a light pulse are particularly useful when if a high optical resolution is to be achieved. The arrangement according to the invention is therefore suitable for both light amplification and light generation.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Organic, when excited by a giant optical impulse to emit more coherent Radiation stimulable medium for optical transmitters or amplifiers (lasers), which within an optical resonator in the manner of a Fabry-Perot interferometer is arranged and also is neither doped with activator ions nor contains chemically bound activator ions, thereby geke η η indicates that this organic Connection an allowed electrical dipole transition in the manner of a singlet-to-singlet transition and that the giant pulse used to excite it has a rise time that is less than a few multiples of the transition time between a first excited singlet state and a triplet state of the stimulable Medium is.

2. Organic stimulable medium according to claim 1, characterized in that it consists of a metal porphyrin dissolved in a solution.

. 3. Organic stimulier ble medium according to claim 2, 'characterized in that as a solvent concentrated sulfuric acid is used.

4. Organic stimulable medium according to claim 2, characterized in that the metal porphyrin consists of chloro-aluminum-phthalocyanine, which is in an organic solution, preferably Ethyl alcohol, is dissolved that the stimulable medium by light pulses with a wavelength is suggested by 6943 Ä and that at least

: at least one of the mirrors delimiting the optical resonator is transparent at 7560 Å.

5. Organic stimulable medium after arrival. Claim 1, characterized in that it consists of a : photosensitive dye solution, such as 3,3'-diethylthiotricarbocyanine todide solution consists

6. Organic stimulable medium according to claim 5, characterized in that the solvent for the dye alcohol is used.

7. Organic stimulable medium according to claim 1, characterized in that it consists of a photosensitive dye solution, such as dimethyl sulfoxide or dimethyl formamide solution.

8. Organic stimulable medium according to claim 7, characterized in that the solvent is used for the dye glycol or glycerin.