CHẤT MÀU VÀ LASER MÀU
2.1.3. Đặc trưng của quang phổ chất màu
Cỏc phõn tử chất màu hấp thụ bức xạ quang học cú phổ hấp thụ trải từ vựng tử ngoại gần đến hồng ngoại gần. Chất màu hữu cơ là một phõn tử đa nguyờn tử, nờn mỗi mức năng lượng tồn tại nhiều mức con dao động và mức quay, mặt khỏc mỗi mức con dao động cũn cú cỏc mức quay khỏc. Do đú, phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của cỏc phõn tử màu là phổ băng rộng từ 30nm đến 100nm, ớt cấu trỳc và khụng trựng chập lờn nhau. Phổ hấp thụ băng rộng tương ứng với cỏc dịch chuyển từ trạng thỏi cơ bản S0 lờn cỏc mức dao động của trạng thỏi đơn kớch thớch S1. Sự hấp thụ ứng với dịch chuyển từ trạng thỏi cơ bản S0 lờn trạng thỏi bội ba là bị cấm về spin. Sự dịch chuyển của phổ huỳnh quang tuõn theo định luật Stock - Lumen, nghĩa là toàn bộ phổ huỳnh quang và cực đại của nú dịch chuyển về phớa súng dài so với toàn bộ phổ hấp thụ và cực đại của nú. Hỡnh 2.3 vẽ phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của chất màu Rhodamine6G trong dung mụi methanol, hỡnh 2.3 cho ta thấy đường cong của phổ hấp thụ giảm chậm ở phớa súng ngắn và giảm nhanh ở phớa súng dài, ngược lại đường cong của phổ huỳnh quang giảm nhanh ở phớa súng ngắn và giảm chậm ở phớa súng dài, cực đại và toàn bộ phổ huỳnh quang dịch chuyển về phớa súng dài so với phổ hấp thụ, phổ huỳnh quang đối xứng gương với phổ hấp thụ, phần súng dài của phổ hấp thụ thường chồng lờn phần súng ngắn của phổ huỳnh quang.
λ(nm) 500 580 660 420 Hấp thụ Huỳnh quang H ệ s ố t ắ t d ầ n p h õ n t ử ( c m - 1 ) 80000 40000 Hỡnh 2.3 Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của Rhodamine6G/methanol
Với thụng lượng bức xạ nhỏ hơn 1026photon/cm2.s thỡ phổ hấp thụ và phỏt xạ của phõn tử màu cú thể được coi là mở rộng đồng nhất, (nghĩa là phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của mỗi phõn tử màu trong dung dịch trựng với phổ tương ứng của cả hệ phõn tử màu).
Huỳnh quang của cỏc phõn tử màu được đặc trưng bởi hai đại lượng, đú là: thời gian tắt dần huỳnh quang và hiệu suất huỳnh quang lượng tử. Phỏt xạ huỳnh quang của phõn tử màu cú thời gian tắt dần khoảng từ 1ữ10 ns. Hiệu suất huỳnh quang lượng tử được định nghĩa là Ne
Nα
η = trong đú Ne là số photon phỏt xạ và
Nα là số photon hấp thụ. Cỏc phõn tử màu cú hiệu suất huỳnh quang lượng tử khỏ cao η ∼ 1. Núi chung, thời gian tắt dần huỳnh quang và hiệu suất huỳnh quang lượng tử của chất màu phụ thuộc vào dung mụi, nhiệt độ, tạp chất,… Tựy thuộc vào cấu trỳc phõn tử mà cỏc chuyển dời quang học trong chất màu nằm giữa khoảng 200 – 1200nm. Giới hạn phỏt súng ngắn là do độ bền quang húa của phõn tử màu. Giới hạn phỏt súng dài phụ thuộc vào độ bền nhiệt của phõn tử. Trong vựng phổ hoạt động của laser màu, xỏc suất phỏt xạ cú thể lớn hơn nhiều bậc so với xỏc suất hấp thụ. Điều này cho phộp thu được hiệu ứng laser ngay cả khi sự đảo lộn độ cư trỳ giữa trạng thỏi S1 và S0 chỉ cỡ vài phần trăm[9].
2.2. Laser màu