CHẤT MÀU VÀ LASER MÀU
2.1.1.Cấu trỳc của chất màu
Hoạt chất của Laser màu là cỏc phõn tử màu hữu cơ đa nguyờn tử (điển hỡnh cú khoảng 50 nguyờn tử) chứa cỏc mối liờn kết đụi kết hợp (hai liờn kết đụi cỏch nhau bởi một liờn kết đơn), hấp thụ mạnh ỏnh sỏng trong vựng nhỡn thấy, giới hạn bước súng hấp thụ dài nhất và ngắn nhất của hợp chất này là hồng ngoại gần và tử ngoại gần. Cỏc phõn tử này được cấu tạo từ những nguyờn tử C, N, O, S, F, H,…, cỏc nguyờn tử này sắp xếp theo cấu trỳc mà khung của phõn tử
này là cỏc nguyờn tử C, N, O, S nằm trờn cựng một mặt phẳng. Cỏc phõn tử này cú đặc trưng giống nhau là gồm cú cỏc liờn kết đụi - điện tử π xen kẽ với liờn kết đơn - điện tử σ. Điện tử π nằm trờn cỏc liờn kết đụi C=C hoặc trờn cỏc liờn kết đơn C-N, C-O,… Điện tử π trong liờn kết khụng định xứ, cú thể di chuyển trờn toàn mạch của phõn tử, giải tỏa đều trờn khung phõn tử. Vỡ vậy cỏc phõn tử này nhạy cảm với cỏc nhiễu loạn bờn ngoài và để kớch thớch chỳng yờu cầu ớt năng lượng hơn so với cỏc điện tử σ. Sự khỏc nhau này cho phộp cỏc điện tử π dễ dàng đạt trạng thỏi đảo lộn độ cư trỳ.
Cỏc phõn tử màu bao gồm cỏc nhúm húa chất khỏc nhau: Hydrocarbon, Oxazole, Coumarin, Xanthene và Cyamine. Cấu trỳc húa học của cỏc chất này là sự tổ hợp của cỏc vũng Benzene (C6H6), vũng Pyridine (C5H5N), vũng Pzine (C4H4N2) hoặc vũng Piron (C4H5N). Những vũng này cú thể nối trực tiếp với nhau hoặc qua một nguyờn tử trung hũa C, N hoặc một nhỏnh thẳng gồm một số nguyờn tử thuộc nhúm CH=CH (Polien). Bước súng hấp thụ của phõn tử màu tăng khi số liờn kết đụi liờn hợp tăng, cỏc phõn tử màu cú khối lượng lớn thỡ chỳng cú thể hấp thụ mạnh trong vựng nhỡn thấy.
Phõn tử màu được chia thành cỏc hợp chất ion và trung hũa, nú cú tớnh chất vật lý và húa học khỏc nhau. Phõn tử màu dạng trung hũa điển hỡnh như Butadiene CH2=CH-CH=CH2 và cỏc hợp chất thơm như: Pyrene, Perylene, …, điểm núng chảy của nhúm này thấp, độ hũa tan lớn trong cỏc dung mụi khụng phõn cực như Benzene, Octan, Xyclohexane, Chloroform,… Ngược lại, cỏc phõn tử màu ion cú độ núng chảy cao, hũa tan mạnh trong cỏc dung mụi cú cực như cồn. Trong dung dịch, đa số cỏc chất màu bị phõn hủy thành ion. Tựy theo độ pH của dung dịch mà cỏc ion chất màu sẽ là anion hoặc cation.
Độ bền nhiệt và độ bền quang húa của chất màu là những đặc tớnh quan trọng ảnh hưởng chủ yếu đến khả năng sử dụng chất màu làm hoạt chất cho laser. Cỏc đặc tớnh này thay đổi rất nhiều theo cấu trỳc húa học của chất màu và khụng theo một quy luật tổng quỏt nào.
Ngày nay, cú khoảng trờn 200 chất màu đang được sử dụng để nghiờn cứu phỏt xạ laser. Chất màu được sử dụng phổ biến nhất trong laser màu là
Rhodamin6G thuộc nhúm Xanthene. Tớnh chất của chất màu bị ảnh hưởng chủ yếu do cỏc gốc CH3 hay C2H5, ngoài ra trong chất màu cũn cú những nhúm mang màu hay trợ màu như: nhúm Azụ (–N=N-), nhúm Nitơ(-NO2), nhúm (- OH). Nhờ đú, cỏc chất màu cú khả năng hấp thụ ỏnh sỏng một cỏch chọn lọc.
Để trở thành hoạt chất cỏc laser màu, cỏc chất màu trờn được hũa tan trong cỏc dung mụi, khi đú giữa cỏc phõn tử màu trong dung dịch đó tạo nờn sự mở rộng cỏc mức dao động và mức quay, tạo nờn ưu điểm nổi trội của laser màu[9]. Hỡnh 2.1 mụ tả cấu trỳc phõn tử của Rhodamin 6G.