"524 <strong>М</strong>. БАСС, Т. ДЕЙЧ, Μ. ВЕБЕР— N = N —, = СО), которые ответственны за окраску. Если эти соединениятакже содержат определенные ауксохромные <strong>г</strong>руппы (например,— ΝΗ 2и — ОН), то они обладают красящими свойствами 8 . В последующие<strong>г</strong>оды это утверждение уточнялось и обобщалось, но определениеВитта остается все же простой, практичной и удовлетворительной формулировкой.Вещества, которые в настоящее время называются красителями,мо<strong>г</strong>ут по<strong>г</strong>лощать и испускать излучение в ультрафиолетовой и ближнейинфракрасной областях спектра, так же как и в видимой 6 - 10 . Красители,по<strong>г</strong>лощающие в видимой области, ответственны за окраску мно<strong>г</strong>их материалов,с которыми мы встречаемся повседневно. Сильно флуоресцирующиекрасители используются для из<strong>г</strong>отовления светящихся красок и лент,используемых для обозначения опасности. Красители, по<strong>г</strong>лощающиев ультрафиолетовой и излучающие в синей области спектра, вводятсяво мно<strong>г</strong>ие ткани и бума<strong>г</strong>и для придания им белизны. Красители, по<strong>г</strong>лощающиев инфракрасной области, используются в качестве пассивныхзатворов в лазерах на неодимовом стекле.Хотя известны тысячи различных красителей, лишь часть из нихфлуоресцирует в растворе, и именно среди них найдены красители, способные<strong>г</strong>енерировать излучение. Спектральные свойства этих веществопределяются физической и химической структурой красителя и характероме<strong>г</strong>о взаимодействия с растворителем. В этой <strong>г</strong>лаве обсуждаютсяспектральные свойства красителей в растворе при использовании схемыэнер<strong>г</strong>етических уровней. Также описываются химические свойства красителей,которые сопоставляются со спектральными свойствами.А. Спектроскопические свойстваОптические процессы по<strong>г</strong>лощения и излучения в ор<strong>г</strong>анических красителяхв растворах изучались более столетия. В течение это<strong>г</strong>о временибыли составлены катало<strong>г</strong>и спектров мно<strong>г</strong>их тысяч красителей и растворовкрасителей от ультрафиолетовой до инфракрасной области 6 - 10 . Длиныволн, ширина, структура и интенсивность спектров различны для разныхкрасителей или для определенно<strong>г</strong>о красителя в разных растворителях.Однако большинство растворов красителей имеет спектральные свойства,похожие во мно<strong>г</strong>их отношениях на свойства родамина В в метиловомспирте (рис. 1). Эти свойства следующие:1. Ширины основных полос по<strong>г</strong>лощения и излучения обычно имеютпорядок 1000 см- 1 . Одна или несколько полос по<strong>г</strong>лощения может находитьсяв более коротковолновой области спектра по сравнению с основнымпо<strong>г</strong>лощением.2. <strong>М</strong>аксимум флуоресценции находится в более длинноволновойобласти, чем <strong>г</strong>лавный максимум по<strong>г</strong>лощения. Смещение называетсястоксовым сдви<strong>г</strong>ом флуоресценции относительно по<strong>г</strong>лощения. Величинастоксова сдви<strong>г</strong>а и ширина спектров флуоресценции и по<strong>г</strong>лощения мо<strong>г</strong>утбыть такими, что коротковолновый край спектра флуоресценции существенноперекрывает длинноволновый край спектра по<strong>г</strong>лощения.3. Спектр флуоресценции обычно зеркально отображает спектросновной полосы" по<strong>г</strong>лощения.4. Время флуоресценции обычно имеет порядок 5 ·10~ 9 сек.5. Полосы по<strong>г</strong>лощения с возбужденных состояний мо<strong>г</strong>ут быть обнаруженыпутем исследования пропускания раствора сразу вслед за облучениеме<strong>г</strong>о светом в основной полосе по<strong>г</strong>лощения. Полоса триплет-триплетно<strong>г</strong>опо<strong>г</strong>лощения может перекрывать полосу флуоресценции и можетбыть устойчивой в течение Ю- 3сек в зависимости от обработки раствора.
ЛАЗЕРЫ НА КРАСИТЕЛЯХ 5256. После облучения растворов ино<strong>г</strong>да мо<strong>г</strong>ут появляться и наблюдатьсяв течение дол<strong>г</strong>о<strong>г</strong>о времени новые полосы по<strong>г</strong>лощения, присущиеновым химическим соединениям, образованным при фотохимических7000Длина болны, А6000 5000IISiI14000 16000 18000Частота,см' <strong>г</strong> 22000Рис. 1. Спектры по<strong>г</strong>лощения и флуоресценции родамина В вметаноле (концентрация 5-Ю" 6<strong>М</strong>).Приводится также спектр триплет-триплетно<strong>г</strong>о по<strong>г</strong>лощения родамина В вполиметшшетакрилате 32 (ε Γ—в ед. см- 1 /моль-л- 1 ).процессах. Они мо<strong>г</strong>ут быть временными, если новые соединения превращаютсяв первоначальные молекулы красителя, или постоянными, еслиразрушение красителя необратимо.Б. Схема энер<strong>г</strong>етических уровнейДля понимания действия лазеров на красителях полезна схема энер<strong>г</strong>етическихуровней. В противоположность атомным или молекулярным<strong>г</strong>азовым лазерам и твердотельным лазерам для лазеров на красителяхв настоящее время невозможно изобразить точную схему энер<strong>г</strong>етическихуровней. <strong>М</strong>олекула красителя состоит из мно<strong>г</strong>их атомов, и поэтому весьматрудно описать волновые функции, представляющие различные конфи<strong>г</strong>урациимолекулы и необходимые для расчета энер<strong>г</strong>ии. Кроме то<strong>г</strong>о,поскольку мы имеем дело со сложными молекулами, состоящими из мно<strong>г</strong>ихатомов, имеется большое число возможных состояний, включающих различныеразрешенные комбинации электронных, колебательных и вращательныхсостояний. Поэтому, даже если было бы возможно рассчитатьэнер<strong>г</strong>ии, полная схема уровней была бы чрезвычайно сложной.Различные методы теории возмущений мо<strong>г</strong>ут дать хорошее приближениедля волновых функций и уровней энер<strong>г</strong>ии малых молекул η· 1 2 .Эта методика, однако, неприменима здесь, так как большинство молекулкрасителей не малы. Вместо это<strong>г</strong>о уровни энер<strong>г</strong>ии и процессы по<strong>г</strong>лощенияи излучения в растворах красителей мо<strong>г</strong>ут быть описаны путемпостроения схемы энер<strong>г</strong>етических уровней по анало<strong>г</strong>ии с простыми двухатомнымимолекулами. Энер<strong>г</strong>ия двухатомных молекул зависит от простыхконфи<strong>г</strong>урационных координат (межатомно<strong>г</strong>о расстояния). Результирующаясхема энер<strong>г</strong>етических уровней подобна схеме, полученной дляобычно<strong>г</strong>о <strong>г</strong>армоническо<strong>г</strong>о осциллятора. С дру<strong>г</strong>ой стороны, конфи<strong>г</strong>урация