DE3225741A1

DE3225741A1 - Stimulierbares medium fuer farbstofflaser

Info

Publication number: DE3225741A1
Application number: DE19823225741
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Chem. 3400 Göttingen Gerhardt; Reiner Dr. 4300 Göttingen Vehrenkamp
Original assignee: Lambda Physik AG
Current assignee: Lambda Physik AG
Priority date: 1982-07-09
Filing date: 1982-07-09
Publication date: 1984-02-16

Abstract

Es wird ein Polyphenyl-Farbstoff für Farbstofflaser vorgeschlagen, der in einem Lösungsmittel in einer zur Anregungsemission ausreichenden Konzentration lösbar ist. Der Polyphenyl-Farbstoff weist die allgemeine Formel (Formel) auf, worin R ↓1-R ↓5 unabhängig voneinander Wasserstoff, C ↓1-C ↓5-Alkyl, Trifluormethyl oder die Alkoxygruppe und n 0, 1, 2 . . . 8 bedeuten. Mindestens einer der Substituenten R ↓1 und/oder R ↓5 ist nicht Wasserstoff, sondern C ↓1 bis C ↓5 Alkyl, Trifluormethyl oder die Alkoxygruppe.

Description

Stimulierbares Medium für Farbstofflaser Diese Erfindung betrifft ein stimulierbares Medium für Farbstofflaser, bestehend aus einer Lösung minaestens in einer zur Anregungsemission ausreichenden Konzentration vorliegenden Farbstoffes in einem nicht störenden Lösungsmittel, wobei die erzeugte Strahlung im Wellenlängenbereich von 320 bis 420 nm liegt. Derartige Lasermedien werden von Sorokin und Mitarbeitern in "IBM Journal" Bd. 11 S. 130 bis 148 (1967) beschrieben Ein Laser ist eine Lichtverstärkungseinrichtung, mit deren Hilfe es möglich ist, kohärendtes monochromatisches Licht einer hohen spektralen und geometrischen Intensitätsdichte zu erzeugen. Der Laser besteht aus einem optischen Resonator, zwischen dem der Zylinder mit dem flUssigen laser-aktiven indium angebracht ist. Der Zylinder ist gewöhnlich Teil eines geschlossenen Systems, durch das die Farbstofflösung während des Laserbetriebs iitr Kreislauf gepumpt wird. Auf diese Weise wird eine lokalisierte Überhitzung vermieden, die zu optischen Inhomogenitäten führt. Die Anregung des Farbstoffes erfolgt mit Hilfe von Energiequellen mittels Elektronen oder Licht, wobei der Farbstofflaser auch durch Gas-Laser, beispielsweise Stickstofflaser oder Excimerlaser angeregt werden kann. Die Anregung die auch als optisches Pumpen bezeichnet wird, bewirkt, daß Molekulelektronen des Laserfarbstoffes aus dem Grundzustand auf einen hohen Energiezustand angehcben werden, von dem aus ein Strahlungsübergang erfolgt. Übertrifft die Zahl der im angeregten Zustand befindlichen Moleküle diejenigen in tieferen Zuständen befindliche Moleküle, so erfolgen stimulierte Übergänge, durch die das Licht im optischen Resonator verstärkt wird.
Ist einer der Laserspiegel partiell durchlässig, so tritt ein Teil der Strahlung in Form eines Laserstrahls aus der Apparatur aus. Besonders leicnt anzuregende Farbstoffe zeigen bei effektiver Anregung die Erscheinung der "Super-Radiance".
Diese kann z.B. beobachtet werden, wenn eine Küvette in den Strahl eines Stickstofflasers gestellt wird. Die Lösung sendet dabei, ohne daß sie sich zwischen Resonatorspiegeln befindet, laserlicht aus.
Der wesentliche Vorteil des Farbstofflasers im Vergleich zu Festkörper- oder Gaslasern ist dessen F Fähigkeit, frequenzveränderliche Laserstrahlung zu liefern. Wegen der Fluoreszenzbandbreite der eingesetzten Farbstoffe können Farbstofflaser durch Einfügen eines frequenzselektiven Elements, z.B. eines Reflexionsgitters oder eines Prismas, so abgestimmt werden, daß Laserlicht bei jeder gewünschten Wellenlänge innerhalb der gesamten Bandbreite der Fluoreszenz emittiert wird.
Obwohl bereits eine Vielzahl von Laserfarbatoffen torgeschlagen wurde, besteht in vielen Bereichen des Spektrums zwischen 300 und 1200 nm trotzdem noch ein Mangel an Verbindungen, die einen sehr hohen Wirkungsgrad im Laser zeigen.
Gegenstand dieser Erfindung ist demnach ein Farbstofflaser bestehend aus einem Reservoir mit einer darin enthaltenen Farbstofflösung und einer damit verbundenen Pumplichtquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbstofflösung in einem die Emission nicht störenden Lösungsmittel einen Farbstoff der allgemeinen Formel worin R1-R4 unabhängig voneinander Wasserstoff, C1-C5 Alkyl, Drifluormethyl oder die Alkoxygruppe bedeuten n 0, 1 oder 2 bedeuten in einer laserstrahlen emittierenden Konzentration von vorzugsweise 10-2 bis 10-5 Mol/Liter enthält.
Geeignetes Alkyl R1-R4 ist insbesondere C1 C1-C2-Alkyl und tert.-Butyl, geeignetes Alkoxy R1-R4 ist insbesondere C1-C2-Alkoxy.
Ein besonders bevorzugter Laserfsrbstoff entspricht der Formel Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Lösungsmittel, welche die stimulierte Emission nicht behindern, sind ein- und mehrwertige Alkohole, z.B. Ethanol, Isopropanol, Butanol, Ethylenglycol, cyclische Ether wie Tetrahydrofuran, Dioxan, Acetonitril und Kohlenwasserstoffe wie Cyclohexan, Oktan und Ester wie Glycoldiacetat. Die Verwendung von Lösungsmittel.-gemischen ist ebenfalls moglich.
Laserlicht frequenzveränderlicher Laser hat in den letzten Jahre eine erhebliche Bedeutung in der Spektroskopie erlangt.
Die Laser können für analytische Zwecke, Fluoreszenzspektroskopie, Absorptionsspektroskopie, Lebensdauermessungen und Photoionisation eingesetzt werden. Ein großer Teil der erfindungsgemäßen Verbindungen zeigen als besonderen Vorteil den Effekt der "Super-Radiance".
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungen erfolgt durch bekannte Verfahren wie z.B. die Ullmann Reaktion.
Beispiel 1 Die Verbindung der Formel wurde in einer Meßanordnung gemäß Abb4 1 auf ihre Laseraktivität untersucht. Der zur Anregung verwendete XeCl-Excimerlaser hatte eine Wellenlänge von 308 nm, eine Pulsfrequenz von 5 Rz, eine Pulsbreite von 15 ns und eine Pulsleistung von 500 mJ.
Die Verbindung der Formel I wurde in einer Konzentration von 2,7#10-4 4 Mol er Cyclohexan aus einem Reservoir durch die Farbstoffzelle gepumpt. Durchstimmen der Wellenlänge erfolgte durch ein Reflexionsgitter mit Schrittmotorantrieb. Die Aufnahme des Laserspektrums erfolgte über Photomultiplier und Schreiber, die Wellenlängenkalibrierung über den Monochromator.
Die Austrittsenergie des Farbstofflasers wird in Prozent der Pumpleistung und in mJ angegeben. Die Abhängigkeit der Laserleistung von der Wellenlänge ist t bb. 2 wiedergegeben.
Die erfindungsgemäße Verbindung 1 zeigt eine hbhere Ausgangsenergie über einen wesentlichen erweiterten Wellenlängenbereich als gebräuchliche Laserfarbstoffe.
Ahnlich gute Ergebnisse erhält man, wenn man anstelle der oben genannten Verbindung I einen Farbstoff mit folgender Formel in der gleichen Meßanordnung einsetzt. Der Emissionsbereich ist gegenüber der erstgenannten Verbidung um etwa 10 nm bathochrom verschoben.
Beispiel 2 Die Verbindung der Formel wurde in einer Meßanordnung gemäß Abb. 1 auf ihre Laseraktivität untersucht. Als Losungsmittel diente hier Cyclohexan.
Die Konzentrattion des Laserfarbstoffes betrug 4,@#10@4 Mol/ Liter. Die Abhängigkeit der Laserleistung von dtr Wellenlän ge ist ebenfalls in Abb. 2 wiedergegeben. Die Energiekonversion ist gleichfalls annähernd so hoch wie bei man Farbstoffen aus beispiel 1.
Beispiel 3 Die Verbindung der Formel wurde in einer Meßanordnung gemäß Abb. 1 auf ihre Laserakti= vität untersucht. Die Konzentration des @ @@@@@@bstoffes in Cyclohexan betrug 5#10-4 Mol/Liter. Die Abhängigkeit der Laserleistung von der Wellenlänge ist ebenfalls in Abb. 2 wiedergegeben, Die Energiekonversion ist genauso gut wie bei dem Farbtoff aus Beispiel 2.
Beispiel 4 Die Verbindung der Formel wurde in einer Meßanordnung gemäß Abb. 1 auf ibre Laseraktivität untersucht. Als Lösungsmittel diente Cyclohexan und die Konzentration des Laserfarbstoffes betrug 1,8#10-3 Mol/Liter. Die Abhängigkeit der Laserleistung von der Wellenlänge ist ebenfalls in Abb. 2 wiedergegeben.
Abb. 2

Claims

Patentansprüche Anspruch 1 Stimulierbares Medium fur Farbstofflaser bestehend aus einem Reservoir mit einer darin enthaltenen Farbstofflösung in einer zur Anregungsemission ausreichenden Konzentration des Farbstoffes in einem nicht storenden Lösungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstoff ein alkylsubstituiertes Polyphenyl der allgemeinen Formel worin R1-R4 unabhangig voneinander Wasserstoff, 1-C5 Alkyl, @rifluormethyl oder die Alkoxygruppe bedeuten - n 0, 1 oder 2 bedeuten in einer Laserstrahlen emittierenden Xonzentration von vorzugsweise 10-2 bis 10-5 Mol/Liter enthält.

Anspruch 2 Stimulierbares Medium für Farbstofflaser bestehend aus einem Reservoir mit einer darin enthaltenen Farbstofflösung in einer zur Anregungsemission ausreichenden Konzentration des Farbstoffes in einem nicht störenden Lösungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstoff ein alkylsubstituiertes Polyphenyl der allgemeinen Formel worin R1-R5 unabhängig voneinander Wasserstoff, C1-C5 Alkyl Trifluormethyl oder die Alkoxygruppe bedeuten n 0,1,2 bis 8 bedeuten in einer Laseratrahlen emittierenden Konzentration von vorzugsweise 10 2 bis 10-5 Mol/liter enthalt.

Anspruch 3 Verfahren zur Erzeugung einer kohärenten Laseremissfon in einem Wellenlängenbereich von 320 bis 420 am unter Verwendung eines Farbstofflasers nach Anspruch 1 oder 2.