DE2700292C2

DE2700292C2 - Verwendung von bestimmten Bisstyryl-phenyl- oder -biphenyl- Verbindungen sowie deren Metall- oder organischen Ammoniumsalzen zur Erzeugung einer kohärenten Laseremission

Info

Publication number: DE2700292C2
Application number: DE2700292A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dr. Brinkmann; Roderich Dr. 5090 Leverkusen Raue; Carl-Wolfgang Dr. 5060 Bergisch-Gladbach Schellhammer; Helmut Dipl.-Phys. 5000 Köln Telle
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Lambda Physik AG
Priority date: 1977-01-05
Filing date: 1977-01-05
Publication date: 1981-09-24
Also published as: JPS5385194A; DE2700292A1; US4274062A; JPS5823953B2

Description

CH =

SO₃Na

gemäß Anspruch 1.

3. Verwendung von Bisstyryl-phenyl- oder -biphenyl-Verbindungen gemäß den Ansprüchen I und 2, dadurch gekenn/· cnnet, daß man nichlionngene Emulgatoren mitverwendel.

Die Erfindung betrifft die Verwendung von bestimmten Btsstyrol-phenyl- oder -biphenyl-Verbinduiigen zur Erzeugung einer kohärenten Laseremission im Wellenlängenbereich von 400 bis 480 nm gemäß den vorstehenden Ansprüchen.

Laserfarbstoffe sind z. B. aus Opto-Electronics 2. 227 - 233 (1970) und DEAS 22 38 050 bekannt.

Laserlicht frequenzveränderlicher Laser hat in den letzten Jahren 'eine erhebliche Bedeutung in der Spektroskopie erlangt. Die Laser können eingesetzt werden für analytische Zwecke, hochauflösende Spektroskopie, Fluoreszenzspektroskopie. Absorptionsspektroskopie. Lebensdauermessungen. Photoionisation und bei der Spektroskopie negativer Ionen. Sie haben ferner eine große technische Bedeutung in der Informationstechnik. im Umweltschutz und für die Isotopentrennung.

Eine Reihe der im Rahmen dieser Erfindung eingesetzten Verbindungen zeigt als besonderen Vorteil den Effekt der »Super Radiance« (vgl. F. P. Schäfer [Hrg.], Dye Lasers. Springer Verlag. 197 J. S. 199).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Laserfarbstoffe zur Verfugung zu stellen, die im Wellenlängenbereich von 400-480 nm einen hohen Wirkungsgrad des Lasers ergeben.

Ein Laser ist eine Lichtverstärkungseinrichtung, mit deren Hilfe es möglich ist, kohärentes monochromatisches Licht eitier hohen spektralen und geometrischen Iniensitätsdiehte zu erzeugen» Der Läser besteht aus einem optischen Resonator, der in einem dünnwandigen Quarzz.ylmder das flüssige lascr^aktive Materia! enthält. Der Zylinder ist gewöhnlich Teil dines geschlossenen Systems, durch welches die Farbslöfilösung, während der Laser in Funktion ist, im Kreislauf gepumpt wird-Auf diese Weise wird eine lokalisierte Überhitzung vermieden, die zu optischen Inhomogenitäten führt.

Die Anregung der Farbstoffe erfolgt mit Hilfe von Energiequellen, mittels Elektronen oder Licht, wobei

w der Farbstofflaser auch durch ehicn Gas-Laser, beispielsweise einen Stickstoff- oder Argon-Laser angeregt werden kann.

Die Anregung, auch als optisches Pumpen bezeichnet, bewirkt, daß Molekülelektronen des Laserfarbsioffes

v, aus dem Grundzustand auf einen hohen Energiezusland angehoben werden, von dem aus ein Strahlungsübergang erfolgt. Übertrifft die Zahl der im angeregten Zustand befindlichen Moleküle diejenigen der in tieferen Zuständen befindlichen Moleküle, so erfolgen

Vi stimulierte Übergänge, durch die das Licht im optischen Resonator verstärkt wird.

Ist einer der Laser-Spiegel partiell lichtdurchlässig, so tritt ein Teil der Strahlung in Form eines Laserstrahles aus der Apparatur aus. Besonders leicht anzuregende

;■> Farbstoffe zeigen bei sehr effektiver Anregung die Erscheinung der »Super-Radiance«. Diese kann /. B. beobachtet werden, wenn eine Quarzküvette mit der Lösung eines solchen Farbstoffes in den Strahl eines Stickstofflasers gestellt wird. Die Lösung sendet daber.

w) ohne daß sie sich zwischen Resonator-Spiegeln befindet, Laserlicht aus,

Eid wesentlicher Vorteil des Farbstoffläsers im Vergleich zu Festkörper³ oder öas-Lasern ist dessen Fähigkeit, eine frequenzveränderliche Laserstrahlung

bi zu liefern* Wegen der Flüöfeszcfizbandbreite der eingesetzten Farbstoffe können Farbstofflaser durch Einfügen eines frequertzselektiven Elementes, Z. B, eitles Reflexionsgitters oder eines Primas, so abgestimmt

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werden, daß Laserlicht bei jeder gewünschten Wellenlänge innerhalb der gesamten Fluoreszenzbande des Farbstoffes emittiert wird.

Erfindungsgemäß wsrden nun Verbindungen der allgemeinen Formel

SO₃H

Ri und R$ unabhängig voneinander für Wasserstoff,

Ci —Cj-Alkyl oder Chlor und
n'und ρ für 0 oder 1 stehen,

sowie deren Metall- oder organischen Ammoniumsalze zur Erzeugung einer kohärenten Laseremission im Wellenlängenbereich von 400 bis 480 nm verwendet.

Dabei besteht das stimulierbare Medium für Farbstofflaser aus einer Lösung des in einer zur Anregungsemission ausreichenden Konzentration vorliegenden Farbstoffs. Die Lösung enthält den Farbstoff vorzugsweise in einer Konzentration von 10 ² bis 10 ⁴ Klol/Liter, besonders bevorzugt in einer Konzentration von 10 ²bis 10 ⁴ Mol/Liter.

(SO₅H)_n'

Als Kationen der Salze der Verbindungen der Formel I kommen 1- oder 2-wertige Metalle wie Natrium, Kalium, Lithium, Magnesium, Calcium, Barium, Mangan. Zink und Ammoniumverbindungen in Frage, die man durch Umsetzung der zugrunde liegenden Säuren mit Mono-, Di- und Trimethylamin. Mono-, Di- und Triethylamin, Mono-. Di- und Triethanolamin, Methyldiethanolamin, Ethyldiethanolamin. Dimethyl-ethanolamin, Diethylethanolamin, Mono-, Di- und Tri-isopropanolamin, Methyldi-isopropanolamin, Ethyldi-isopropanolamin, Dirr.ethylisopropanolamin, n- ..<jtylamin, sek.-Butyiamin, Dibu'yiamin und Di-isobutyiainir erhält

Ein besonders bevorzugt zu verwendender Laserfarbstoff entspricht in Form des Na-Salzes der Formel

CH = CH

(H)

SO₁Na

Die Verbindung der Formel (II) wird vorzugsweise in einer Konzentration von 10 ² bis 10 ⁴ Mol/Liter Lösungsmitlei verwendet.

Beispiele für Lösungsmittel, welche die stimulierte Emission nicht behindern, sind Wasser, ein- und mehrwertige Alkohole, z. B. Methanol. Ethanol. Isopropanol. Bulanol, Elhylenglykol. Glykolmonoethylether. cyclische Ether wie Tetrahydrofuran. Dioxan. Ester wie Glykoldiacetat, Diethylcarbonat und fluorierte Alkohole, beispielsweise Hexafluorisopropanol.

Die Verwendung von Lösungsmillelgerrischen. besonders Mischungen von Alkoholen mit Wasser ist gleichfalls möglich.

In Wasser zeigt eine Reihe der Verbindungen der Formel (1) eine Minderung der Laserak'.iviläl in Folge Assoziatbildung. Die Laseraktivität kann hier erhöht werden durch Zusatz oberflächenaktiver Verbindungen, insbesondere von nichtionogenen Emulgatoren, beispielsweise den Umsetzungsprodukten von C« —Cij-Alkylphenolcn. Phenylalkylphenolcn, Oxydiphcnyl, Oleylalkohol oder längerkettigen aliphatischen Alkoholen mit & - 50 Mt)I Ethylenoxid.

Die Herstellung d«:r Verbindungen der Formel (I) erfolgt durch Umsetzung von aromatischen Aldehyden mit Arylmethanphosphonsäureestern in bekannter

j> Weise.

Die aus Opto-Fiectronics 2. 227-233 (1970) bekannten Laserfarbstoife beireffen den Spektralbereich von 710-1100 nm. während die gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugte Strahlung im Wellenläng^nbeivich

•in von 400-480 nm liegt.

Die DE-AS 22 38 050 beschreibt unter anderem Cuma mverbindungen. beispielsweise die Verbindung des Beispiels 2 mit einer Laserfrequenz von 464 nm. Verglichen mit den erfindungsgemäß ersetzbaren

4Ί Verbindungen ist die Lichtechtheit der Cumarine erheblich geringer, so daß sie als Laserfarbstoffe weniger geeignet sind.

Weiterhin sind die erfindungsgemäß zu verwendenden Laserfarbstoffe auch im cw-Belrieb einselzbar und

v» stellen die ersten Laserfarbstoffe dar. die einen cw-Belrieb im Bereich von 410 - 430 nm ermöglichen.

Beispiel 1
ü a) Die Verbindung der Formel

CIICII

C H = CH

SO₃Na

SOjNa

wurde in einer Meßanordnung gemäß A b b. I auf ihre LaseraktivitÜt untersucht. Der verwendete Stickstofflasei* halle eine Wellenlänge von 3J7 hm, eine Pulsfrequenz von 60 Mz, eine Pulsbreite A L von 7 fisec und eine Pulsleistung von 100 kW.

Die Verbindung der obigen Formel wurde in einer

Konzentration von 1,7 ■ 10-»Mol/Liter Methanol aus einem Reservoir durtfft die Farbstoffzelle gepumpt.

Durchslimmen der Wellenlänge erfolgte durch ein ReflexiöhsgiUer mit Schriltmc(of*Anlrieb. Die Aufnah-

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me des Lasefspeklfüfns erfolgte über Photomulliplier Prozent der Pumpfcislufig wird zugleich in kW

und Schreiber, die Wellenlängenkalibrierung über den angegeben, da die Ausgahgspulslcistung 100 kW betrüg.

Monochromator. Zur Leistungsmessung wurde der Die Abhängigkeit der Laserleistung von der Wclicrv

Photomulliplier durch einen Thermopile-Meßkopf mit länge ist in A b b. 2 wiedergegeben. Als Vergleich dient

zugehörigem Meßverslärker ersetzt. Die Intensität in ϊ die Laseflcislungsküfve der Verbindung der Formel

NH-C

ÖCI-I,

OGII₃

- Vcrglcichsverbiridung Λ -

tieren Laseraktivität in Optics GommUnicatioii 18,3. S. »i» Ähnlich gute Ergebnisse gegenüber Vcfglcichsver·

256(AUgUsI 1976) beschrieben ist. Trotz der geringeren bindung A erhält man, wenn man anstelle der

Konzentration zeigt die erfindungsgemäß verwendete vorgenannten Verbindung Fiuöreszcfizfarbslorfe der

Bisstryrylverbindung der Formel (M) eine höhere folgenden Forrhein in der gleichen Meßanordnung

Leistung über einen wesentlich erweiterten Wellenlän- einsetzt:

gehbereich. r>

yyy-cn—cH-/

Cl

SO₃Na

/ V-rii =

CII = CH-

y v^/ ν

SO₃Na

SO₃Nu

S0,Na

SO₁Na

S0,Na b) Die Verbindung der Formel

V-CH = CH-/

SO,Na

wardc in einer Meßanordnang gemäß A.bb.! auf ihre Laserafctivität untersucht. Als Lösungsmittel wurde hier Wasser verwendet Die Konzentration des Laserfarb-

SO₃Na

Stoffe? hetrag jeweils 2 - 10-^J Mol/Liter. Die Abhängigkeit der Laserleistung von der Wellenlänge ist in A b b. 3 wiedergegeben. Als Vergleich dient die Laserleistungs-

kurve der Vergleichsverbindung A in Methanol,- da diese Verbindung in Wasser keine Laseraktivität hat.

c) In der gleichen Apparatur wie in Beispiel la und Ib wird die in Beispiel Ib beschriebene Farbstofflösung eingesetzt* Die Farbstofflösung wird riiit ί bis 10 ml pro Litef eines Emulgatörs versetzt, den man durch Umsetzung von Nonylphenol mit 10 Mol Ethylenoxid erhält. Mit steigenden Mengen zugesetzten ErhUlgatofs nähert ϊ-ch die Lasefleistung, die in Wasser etwas

geringer ist (s: A bb,3), der Laserleisturtg in Methanol an, wie in Ä B b. 4 gezeigt ist.

(NP i0==NönyIphenol umgesetzt riiit IO Mol Ethylenoxid).

Beispiel 2
Die Verbindung der Formel

GH = GH

SO₃Na

und die Verbindung der Formel

-CH = CH-

- Vergleichsverbindung B -

gemäß F. P. Schäfer (Hrg.), Dye Lasers, Springer Verlag, Beriin-Heidelberg-New York, 1973, S. 180 werden gemäß Beispiel laauf ihre Laseraktivität untersucht.

Als Lösungsmittel dient Methanol. Die Farbstoffkonnentration beträgt 1,5 · 1O-^J Mol/Liter. Die Abhängige keil def Läserleistung vorider Wellenlänge ist in A b b. 5 wiedergegeben. Überraschenderweise zeigt die erfin-

CH = CH

SO₃Na

dungsgemäß verwendete Verbindung gegenüber Vergleichsverbindung B eine höhere Laserleistung im Absorptionsmaximum und «inen breiteren Laseranregungsbereich,

Beispiel 3
Die Verbindung der Formel

SO₃Na

und Vergleichsverbindung B (s. Beispiel 2) werden wiedergegeben. Überraschenderweise zeigt die erfin-

gemäß Beispiel Ia auf ihre Laseraktivität untersucht. Als dungsgemäß verwendete Verbindung gegenüber Ver-

Lösüngsmitiel dient Methanol. Die Farbstoffkonzentra- gleitverbindung B eine höhere Läserleistüng im

lion beträgt 1,5 - 10~³ Mol/Liter. Die Abhängigkeit der -tj Absorptionsmaximum und einen breiteren Laseränre-

Laserleistühg von der Wellenlänge ist in Abb.6 gungsbereich.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims

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Patentansprüche:
1. Verwendung von Bisstyryl-phenyl- oder -biphenyl-Verbindungen der allgemeinen Formel

SOjH

worin

R', und R', unabhängig voneinander für Wasserstoff, C,-L,-Alkyl oder Chlor und if und ρ für 0 oder 1 stehen,

sowie deren LMetall- oder organischen Ammoniumsalzen zur Erzeugung einer kohärenten Laseremission im Wellenlängenbereich von 400 bis 480 nm.
2. Verwendung von