E e −iω2 t}
3.1.1. Sơ đồ mức năng lợng của chất màu.
Sơ đồ mức năng lợng đặc trng cho các nguyên tử (phân tử) chất màu trong dung môi đợc minh hoạ trên hình 3.1.2 [19]. Đây là sơ đồ gần đúng bởi thực chất các phân tử chất màu gồm nhiều trạng thái: trạng thái điện tử, trạng thái dao động và trạng thái quay. Trên sơ đồ bao gồm một hệ đơn (singlet) và hệ bộc ba (triplet) . Một trạng thái điện tử đợc tạo bởi một loạt các trạng thái dao động (vạch đậm) và trạng thái quay (vạch nhạt). Bình thờng khoảng cách giữa các mức dao động cỡ 1400 - 1700 cm-1 còn các mức quay cỡ hai bậc nhỏ hơn bởi vì trong chất lõng cơ chế gây ra sự làm hẹp vạch mạnh hơn chất khí nên các mức quay trong chất lỏng không đề cập tới mà chỉ quan tâm đến phổ giữa các mức dao động [6], [19]. Ta gọi So là trạng thái cơ bản, Si và Ti (i=1,2,…) là các trạng thái điện tử kích thích của hệ đơn và hệ bội ba. Do va chạm mà các mức dao động và các mức quay luôn đợc mở rộng, do vậy chuyển dời giữa các mức điện tử ở nhiệt độ phòng sẽ xuất hiện phổ băng rộng. Vì năng lợng dao động ở nhiệt độ phòng cỡ 0,125 eV mà khoảng cách giữa các mức dao động là ∆E = 0,125 eV, nên ở nhiệt độ phòng, các phân tử luôn ở trạng thái dao động S00 theo phân bố Bolfzmann, còn ở nhiệt độ cao hơn dẫn tới mở rộng băng điện tử [5].
Hình 3.1.2. Sơ đồ các mức năng lợng của chất màu [19] T2 T1 s1i s0i s10 s00
Khi kích thích, các phân tử chất màu chuyển từ trạng thái cơ bản Soo lên trạng thái kích thích S1i ,tơng ứng với phổ hấp thụ băng rộng của phân tử chất màu. Các phân tử định c ở trạng thái S1i với thời gian rất ngắn, chúng tích thoát không kèm bức xạ xuống mức dao động thấp nhất của trạng thái S10 có thời gian sống từ 1 ữ 10ns. Từ mức S10, phân tử có thể chuyển dời xuống các mức Soi nào đó của trạng thái điện tử So và kèm theo bức xạ ánh sáng. Quá trình dịch chuyển này tuân theo nguyên tắc lọc lựa, tức là dịch chuyển Singlet - Triplet bị cấm.
Tuy nhiên, do va chạm mà có thể xảy ra dịch chuyển từ trạng thái S1i xuống T1, từ T1 xuống So và từ T2 xuống So . Đôi khi các dịch chuyển này xẩy ra nh dịch chuyển bức xạ.
Cấu trúc năng lợng của dung dịch chất màu trên đây sẽ quyết định tính chất phổ hấp thụ và phát xạ của nó. Tuy nhiên, sự phát laser màu băng rộng hay băng hẹp còn phụ thuộc vào cấu trúc của buồng cộng hởng của laser màu.