Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Поглощение и люминесценция концентрированных оптических ансамблей при возбуждении интенсивным лазерным излучением в резонансных условиях 9
1.1 Аномальные явления при поглощении и люминесценции в растворах сложных молекул 9
1.2 Аномальные явления при поглощении и люминесценции в простых молекулах и атомах в резонансных условиях 20
1.3 Возможные механизмы аномального развития поглощения и люминесценции атомов и молекул при резонансном возбуждении 27
Глава 2. Инструментальное обеспечение измерений, экспериментальная установка 30
2.1 Основные принципы формирования экспериментальной установки 30
2,2. Комплекс аппаратуры "ПУЛС" и дополнительный источник излучения 31
2.3 Схемы для измерений пропускания и люминесценции 38
Глава 3. Исследование оптического пропускания и флуоресценции концентрированных растворов сложных молекул в условиях интенсивных резонансных лазерных полей 41
3.1 Динамика просветления и ее сопоставление с развитием люминесценции 41
3.2 Активация квантового выхода люминесценции в поле лазерной накачки 45
3.3 Кинетика люминесценции в поле лазерной накачки 50
3.4 Кинетика люминесценции при возбуждении во вторую полосу поглощения 56
Глава 4. Исследование пороговых характеристик лазера на красителе 59
4.1 Связь квантового выхода люминесценции и порога генерации лазера на красителе59
4.2 Измерение уровня порога возбуждения лазера на красителе от квантового выхода флуоресценции красителя 61
Глава 5. Коллективные эффекты в двухатомных молекулах 65
5.1 Экспериментальные исследования поглощения и люминесценции в молекулярном йоде при лазерном возбуждении 65
5.2 Модельные представления о поглощении и люминесценции в молекулярном йоде 70
5.3 Сопоставление экспериментальных данных и модельных представлений 75
Глава 6. Модельные представления о поглощении и излучении концентрированных ансамблей сложных молекул при лазерном возбуждении 78
6.1 Общие соотношения и четырехволновое приближение 79
6.2. Развитие светоиндуцированной люминесценции 83
6.3 Численное исследование системы уравнений для развития коллективной люминесценции и кинетики заселения возбужденного состояния 87
6.4 Влияние когерентности на развитие светоиндуцированной люминесценции 95
Заключение 101
Список литературы
- Аномальные явления при поглощении и люминесценции в простых молекулах и атомах в резонансных условиях
- Комплекс аппаратуры "ПУЛС" и дополнительный источник излучения
- Активация квантового выхода люминесценции в поле лазерной накачки
- Измерение уровня порога возбуждения лазера на красителе от квантового выхода флуоресценции красителя
Введение к работе
Сложные, многоатомные молекулы, особенно класс красителей, используются в технических применениях и в научных исследованиях в качестве модельных объектов достаточно давно. Систематические исследования процессов преобразования световой энергии в таких системах при актах поглощения и излучения были начаты в первой половине прошлого столетия. Реализация лазеров на красителях [1, 2, 3, 4] резко увеличила число исследований сложных молекулярных структур, как систем, способных перерабатывать и управлять световой энергией, и дала возможность рассматривать проблему преобразования световой энергии на качественно новом техническом уровне. Использование лазеров на красителях и лазерных методов исследований позволило экспериментально изучить новые, недоступные классической спектроскопии процессы, к которым можно отнести сверхбыстрые релаксации, вынужденное излучение, вынужденное комбинационное рассеяние, оптическое просветление и ограничение, охлаждение молекул в лазерном поле.
При использовании методов лазерной спектроскопии на сложных органических соединениях отрабатывались представления о природе спектров и энергетической структуре молекул [5]. Интенсивные исследования многоатомных молекул, используемых как модельные объекты, сыграло важігую роль в формировании представлений о таких жизненно важных процессах, как фотосинтез, механизм зрительного восприятия и т.п. Именно с использованием сложных органических соединений была получена генерация пикосекундных, а затем и фемтосекундных импульсов [6, 7, 8,9, 10].
Максимум объема исследований в области лазерной спектроскопии пришелся на конец 60-х начало 70-х годов прошлого века. Тем не менее, и сейчас остается много проблем, требующих развития новых представлений для объяснения тех или иных экспериментальных данных.
В последнее время возрос интерес к особенностям взаимодействия интенсивного излучения в резонансных условиях с оптическими средами в связи с попытками реализации различных квантовых устройств, работающих как единая система "вещество-поле". В рамках этих проблем рассматриваются возможности
5 реализации лазерных структур без инверсии, построение лазерных микрочипов,
систем управления и контроля температуры на молекулярном уровне и различных
устройств преобразования световой энергии как для информационных, так и для
энергетических систем. Существует ряд нерешенных проблем, связанных с
особенностями взаимодействия когерентного излучения с оптическими центрами в
резонансных условиях. Несмотря на многочисленные исследования в этой области
и решение многих прикладных задач, связанных с взаимодействием излучения с
веществом, к настоящему времени существует ряд белых пятен в наблюдаемых
явлениях. Обнаруженные в конце XX столетия аномалии в отклике атомных и
молекулярных систем на интенсивное лазерное возбуждение до настоящего
времени не имели систематизированного и единого толкования. Поэтому
исследования особенностей взаимодействия когерентного интенсивного лазерного
излучения с молекулярными системами в условиях резонанса при достаточно
высоких оптических плотностях исследуемых объектов являются актуальными как
с фундаментальной точки зрения, так и с точки зрения применения в прикладных
целях. Проведенные исследования позволили выработать единое представление о
закономерностях и механизме отклика концентрированных оптических ансамблей
на резонансное возбуждение как для простых (атомы и простые молекулы), так и
для сложных (многоатомные органические молекулы) систем. Большая часть
исследований проведена на примере многоатомных молекул класса красителей,
широко использующихся в технических применениях и научных исследованиях в
качестве модельных объектов.
Настоящая работа посвящена исследованиям особенностей взаимодействия когерентного интенсивного лазерного излучения с молекулярными системами в условиях резонанса при достаточно высоких оптических плотностях исследуемых объектов, проявляющихся в развитии люминесценции [11, 12] и кинетики поглощения [13], не следующими классическим представлениям о процессах поглощение - излучение [14].
Основная задача работы.
Основной задачей диссертационной работы является систематическое исследование взаимодействия интенсивного когерентного излучения с концентрированными молекулярными ансамблями в резонансных условиях и
установление закономерностей формирования коллективных процессов в системе вещество-поле, определение механизма формирования этого процесса, разработка методик исследований взаимодействия в таких условиях.
Решение поставленной задачи потребовало выполнения следующих этапов исследования:
Разработка методик, которые могли быть использованы для исследования кинетик вторичных излучений и нелинейного поглощения объектов.
Систематическое исследование с использованием разработанных методик модельных объектов в виде растворов красителей и паров простых молекул.
3. Модельная интерпретация полученных экспериментальных результатов.
Научная новизна полученных результатов.
Проведены комплексные исследования процессов нелинейного поглощения (просветления) и вторичного излучения в объектах разной природы (сложные и простые молекулы) и показано, что основным механизмом, определяющим отклик системы на воздействие интенсивного когерентного излучения является формирование коллективного процесса, проявляющегося в виде светоиидуцированной люминесценции, управляющей сформированной системой "вещество-поле". Обнаружено и исследовано явление конденсации светоиидуцированной люминесценции в поле накачки, а также зависимость квантового выхода от интенсивности поля накачки. Показано существенное влияние когерентности возбуждающего света на эти процессы. Обнаруженные закономерности продемонстрированы при моделировании генерационных свойств лазеров на красителях с различными величинами исходной эффективности люминесценции, в том числе, для искусственно потушенных растворов. Разработаны модельные представления механизма формирования коллективного процесса в концентрированных оптических системах при интенсивном когерентном возбуждении, показана универсальность предложенного механизма для оптических центров разной природы.
Практическая значимость,
Проведенные исследования динамики поглощения и излучения в концентрированных оптических ансамблях при возбуждении когерентным интенсивным излучением позволили разработать модельные представления
7 динамики развития системы "поле-вещество", с использованием которых возможно прогнозировать особенности реакции высоко концентрированных оптических сред на когерентную резонансную накачку. Полученные результаты могут быть использованы при создании микролазеров, оптических холодильников и ячеек управления световым полем в энергетических и информационных системах. Основные положения, выносимые на защиту:
Конденсация люминесценции в поле накачки, проявляющаяся в том, что при воздействии на ансамбль частиц импульса длительностью близкой или меньшей времени спонтанной люминесценции, длительность отклика системы уменьшается с увеличением плотности энергии возбуждающего излучения, и при достаточно высоких плотностях энергии стремится к длительности импульса накачки.
Активация люминесценции при интенсивном возбуждении, проявляющаяся в увеличении квантового выхода люминесценции веществ с естественно низким или с искусственно потушенным квантовым выходом, до величин, близких к 1.
Применение открытого капилляра для исследования люминесценции при интенсивном возбуждении. Это исключает влияние эффекта расширения зоны возбуждения, а также исключает другие эффекты, вызываемые окнами кюветы.
Коллективная природа светоиндуцированной люминесценции оптически плотных сред при возбуждении интенсивным резонансным когерентным полем.
Эффективное коллективное взаимодействие между молекулами ограничено радиусом когерентности, определяемым шириной вибронного спектра спонтанной люминесценции. В случае частично когерентного излучения радиус когерентности уменьшается, и эффективность коллективного процесса падает.
Публикации. Основные результаты по теме диссертационной работы опубликованы в 9 печатных трудах.
Личный вклад автора.
Экспериментальные результаты, представленные в диссертации, получены лично автором или при ее непосредственном участии. Все методические вопросы также решены соискателем. Общая постановка задачи и определение основных направлений исследований принадлежит научному руководителю, доктору технических наук В.Б.Шилову совместно с кандидатом физико-математических
8 наук В.А.Смирновым. Теоретическая модель светоиндуцированной люминесценции разработана В.А.Смирновым. Расчеты, анализ полученных результатов и их сравнение с экспериментальными данными проведены также при непосредственном участии соискателя.
Аномальные явления при поглощении и люминесценции в простых молекулах и атомах в резонансных условиях
Рассмотренные выше явления аномального поведения молекулярных сред в плане развития люминесценции и поглощения при лазерном возбуждении в условиях достаточно высоких оптических плотностей не является присущими только растворам многоатомных молекул и связанными с ними особенностями их энергетики. Аналогичные явления наблюдаются и в простых молекулах [46, 47] и в атомных газах. Так в работе Абрамова и др. [46], явившейся развитием исследований оптического эффекта Штарка в парах атомарного калия [48, 49], измерена зависимость интенсивности резонансной флуоресценции паров молекулярного калия (Kj) от интенсивности возбуждения, которое осуществлялось моноимпульсами рубинового лазера (X = 6942 А, Д1 60 не). Измеренный в спектральном диапазоне 720-900 нм еигаал рассеяния от кюветы с насыщенными при 400С парами молекулярного калия увеличивался при больших "у интенсивностях возбуждения (10 - 10 Вт/см ) пропорционально квадратному корню из интенсивности возбуждающего излучения (см. рис 5). Такое поведение сигнала флуоресценции авторы [46] связывают "с нелинейным характером поглощения света большой интенсивности при неоднородно уширенной полосе поглощения молекулярного калия".
В работе Высотиной и др. [47] отсутствие насыщения излучения паров молекулярного иода зарегистрировано при возбуждении импульсами второй гармоники Nd-YAG-лазера (X - 532 нм). Отклонение от классического представления развития люминесценции при высоких интенсивностях возбуждения наблюдается также и в случае свободных атомов. Так в работах по возбуждению плотных паров металлов мощным резонансным лазерным излучением было обнаружено аномальное поведение флуоресценции при высоких интенсивностях накачки, а именно: в этих экспериментах флуоресценция не насыщалась с ростом интенсивности возбуждения до величин, на несколько порядков превышавших величины, полученные из расчетов с использованием балансных уравнений.
В работах [50, 51, 52] исследована флуоресценция D-линий паров Na с концентрациями 1012-1013 см"3 в атмосферах Ne [50], Аг [51] и Не [52], причем в 20 -3 последнем случае плотность паров Na была 3x10 см , что приводило к перекрытию линий 589,0 и 589,6 нм до суммарной полуширины 0,4 им. Резонансное возбуждение осуществлялось излучением близких по характеристикам лазеров на красителях с ламповой накачкой (At = 300 - 900 не). Ширина линии генерации в этих экспериментах составляла 2,5 А [50], 0,3см [51], 0,1 нм [52]. Схемы измерения флуоресценции также были похожи: регистрация осуществлялась в перпендикулярном возбуждающему излучению направлении через монохроматор, сопряженный с осциллографом. Во всех экспериментах обнаружен практически линейный рост рассеянного сигнала люминесценции при превышении мощности излучения накачки 3x10 Вт/см на 3-4 порядка -величины, соответствующей порогу насыщения, полученному из расчетов балансных уравнений с учетом условий эксперимента [51, 52]. На рис. 6 представлены зависимости сигнала флуоресценции от мощности возбуждающего излучения, полученные в работе [51] для разных температур ячейки с парами Na, соответствующие разным концентрациям. Авторы [51] затруднились точно определить концентрацию паров Na, однако по их оценкам средняя плотность паров составила - 10 см .
В [50, 51] предложены различные объяснения отсутствия насыщения флуоресценции в плотных парах Na: ошибки в определении размеров зоны взаимодействия, а, следовательно, и мощности лазерного пучка [51]; изменение времени спонтанного излучения вследствие большого числа когерентных излучателей и возникновение суперизлучения Дике; возникновение когерентного рассеяния вперед [50, 51], что может приводить к уменьшению интенсивности излучения, рассеянного в боковом направлении.
Авторы [50] также отметили, что, несмотря на близкие условия опытов, в ряде случаев наблюдается насыщение флуоресценции в атомных газах. В [50] указывается на реализацию насыщения флуоресценции в водородной и гелиевой плазмах даже при высокой интенсивности столкновений. Наблюдение насыщения флуоресценции для Н и Не - плазм авторы [50] связывают с существенно меньшей плотностью населенности атомов в основном состоянии накачиваемого перехода в отличие от экспериментов с атомами Na.
Комплекс аппаратуры "ПУЛС" и дополнительный источник излучения
Комплекс ПУЛС реализованном в виде системы с гибкими оперативно формируемыми измерительными схемами и широким набором технических средств для регистрации данных. В него входят; оптический полигон с комплектом оптико-механических узлов для оперативного построения измерительных схем практически любой сложности; специализированная спектральная аппаратура; набор электронных средств приема и фиксации информации, включающий комплекты точечных и телевизионных приемников светового излучения; система сбора и автоматической обработки информации с выводом на ЭВМ, а также лазерные источники.
Базовым лазерным источником комплекса ПУЛС является четырехканальный лазерный источник, установленный как целое на полигон. Базовый импульс (Я.=1,06 мкм, At = 1-10 не) формируется в первичной лазерной системе на неодимовом стекле, в которой в качестве задающего генератора использован лазер с пассивной синхронизацией мод методом столкновения импульсов на фототропном затворе (раствор красителя № 3274 в этаноле) в антирезонансном кольцевом аппендиксе1.
Функциональная схема лазерного источника представлена на рис. 10. После предварительного усиления выделенного из цуга генератора первичного импульса и размножения его в лазерном мультипликаторе [73] полученная последовательность импульсов используется для накачки первой группы вторичных генераторов - перестраиваемых по частоте лазеров на красителях с синхронной накачкой. В зависимости от типа красителя предварительно производится необходимое преобразование частот излучения накачки в гармоники. Выделенный из цуга мультипликатора одиночный импульс на основной частоте после дополнительного усиления делится на три части и после соответствующего умножения частоты используется для стробирующей накачки усилителей на красителях, возбуждения параметрического генератора (ПГС), а также формирования выходного импульса на основной частоте в оконечном усилительном каскаде на Nd-стекле. Оконечный каскад имеет сменные лазерные головки с линейной апертурой 20 или 45 мм. Для получения набора дискретных длин волн (X = 1,06; 0,53; 0.36; 0,25 мкм) на выходе оконечного усилителя установлены генераторы гармоник на кристаллах K.DP. В представленной работе использовался канал базовой частоты с набором гармоник. Фотография полигона и базового источника приведена на рис. 11.
Измерительные схемы строятся при помощи сборных стоек-подвижек комплекта оптико-механических модулей комплекса, устанавливаемых на столешнице полигона с помощью магнитных оснований. Комплект оптико-механических модулей состоит из сменных унифицированных узлов, позволяющих быстро сформировать юстируемую стойку-подвижку и установить необходимый оптический элемент или узел. В состав комплекта входит широкий набор линейных трансляторов и угловых вращателей, обеспечивающий все необходимые при монтаже измерительной схемы юстировочные движения, а также зеркала, призмы, линзы, телескопы, ступенчатые и плавные линии задержки, телескопы, вращатели поляризации, кюветы различной конструкции, фильтры, в том числе с плавным изменением коэффициента пропускания.
Функциональная схема лазерного источника. ЗГ - задающий Nd-генератор; ГР-газовый разрядник, управляющий выделителем, П1-П4-выделители импульса на основе ячеек Поккельса; У 1-У4 Nd-усилители, ФПС - фильтр пространственной селекции, М - мультипликатор, ГГ1-ГГ6 - генераторы гармоник: Л К, УК лазеры и усилители на красителях; ПГС - параметрический генератор света Рис. 11. Фотография полигона и базового источника
Примеры элементов комплекта оптических и механических элементов комплекса ПУЛС. Для проведения измерений с разложением по спектру комплекс ПУЛС снабжен помимо стандартных монохроматоров двумя двухканальными спектральными приборами, установленными на специальных передвижных платформах, позволяющих жестко фиксировать спектральный прибор в любом месте по периметру полигона. Эти спектральные приборы дифракционные, с набором дискретно переключаемых дисперсий (набор дифракционных решеток с числом штрихов на миллиметр от 100 до 1800), рабочий диапазон 300 - 1500 нм.
Для регистрации пространственного распределения оптического излучения, в том числе и спектров, в состав ПУЛС входят комплекты камер на ПЗС-матрицах (РОМ-02) (размер пикселя 23x28 мкм, число элементов 256x256), ПЗС-линейкс (РОЛ-0І) и точечных фотоприемников, сопряженных через буферные блоки с системой автоматической обработки информации, подключенной к ЭВМ. ПЗС-камеры и линейка совместно с блоками памяти образуют приборы, способные как к автономной работе (комплект РОМ [74]), так и с подключением к ЭВМ. Для измерения энергии импульсов с высокой точностью используются лазерные фотометры ФПМ-02 (погрешность измерений (8Е = ±10%) ).
Помимо указанной измерительной аппаратуры в ПУЛС входит комплект специализированных приборов для измерения длительности пикосекундных световых импульсов, включающий скоростные щелевые камеры с ЭОП, в том числе «Фемтохрон» (разрешение до 0,3 пс), «Hamamatsu С 979» (разрешение до 4 пс, линейность развертки 2%, чувствительность до -50 нДж, динамический диапазон 1:100), и одноимпульсные автокорреляторы на неколлинеарной генерации гармоник в нелинейных кристаллах.
Активация квантового выхода люминесценции в поле лазерной накачки
Из разрабатываемого в [68, 78] механизма светоиндуцированной флуоресценции следует, что в поле лазерной накачки должно происходить увеличение квантового выхода люминесценции г]ф, если он заметно ниже единицы. Для родамина 6Ж, исследованного выше, rjq, близок к 1, и такая информация из этих опытов извлечена быть не может, поэтому на следующем этапе были проведены исследования зависимости энергии флуоресцентного излучения от величины накачки и его кинетика для ряда растворов сложных молекул, г)ф которых значительно ниже 1 [61]. Для тарировки измерительного канала во всех случаях в качестве эталона использовался этанольныи раствор родамина 6Ж с 0,96. Первая серия опытов проведена с растворами такого же родамина 6Ж с введенным в раствор тушителем флуоресценции. В качестве тушителя использован Ы(1(ЫОз)з-6Н20 [79], введение которого приводит к тушению флуоресценции вследствие внутримолекулярного переноса синглетного возбуждения в долгоживущее триплетное состояние. Растворы во всех опытах возбуждались в открытом капилляре (см. рис. 15), лазерная накачка (к = 530 нм, At = 400 пс) вводилась через открытый торец при помощи длиннофокусной линзы (F = 100 см). Флуоресценция измерялась в перпендикулярном по отношению к накачке направлении из области, непосредственно прилегающей к торцу капилляра. Результаты этой серии измерений приведены на рис.18, на котором представлены три логарифмические зависимости энергии флуоресценции от плотности энергии возбуждения IgEp = F(E,/S), где Еф - энергия флуоресценции, Ен - энергия накачки, S - площадь сечения пучка накачки на уровне 0,5 Е„.
Для наглядности хода зависимостей II и III на график рис. 18 нанесена сетка прямых (тонкие линии), описывающие ход этих функций для различных значений Гф, следующих из классических представлений (без учета эффекта насыщения). Для проверки хода зависимостей Еф = F(EH/S) для чистых растворов веществ с природно низким квантовым выходом была предпринята следующая серия экспериментов с использованием таких веществ как бенгальский розовый (Лср= 0-П). эритрозин (гф = 0.08), криптоцианин (гф » 0,01), и ряда красителей из семейства родаминовых (NN -биспентам етилен родамин с чф « 0,35 и NN -бисгексаметилен родамин с тф « 0,36). В качестве эталона и в этих опытах также использован чистый этанольный раствор родамина 6Ж. Полученные в этой серии данные полностью подтвердили результаты, приведенные выше. На рис. 19 представлены кривые зависимости lgE = F(E„/S) и оптического пропускания раствора криптоцианина в этаноле Т = F(EH/S). Пропускание (просветление) измерено в кювете толщиной 1 мм. В опытах с криптоцианином в качестве накачки использовано излучение вблизи 683 нм с At = 20 - 30 пс. Начальная часть кривых lgE(p = F(EH/S) криптоцианина полностью следует изложенным выше 2 представлениям до области накачек 0,1-0,5 Дж/см , при этом здесь величина тф возрастает с исходного значения 0,01 до 0,3, далее рост этот замедляется и начинает насыщаться (и даже падать), что обусловлено хорошо известной фотохимической нестабильностью криптоцианина.
Представленные выше эксперименты продемонстрировали существование механизма люминесценции, активно конкурирующего с внутри- и межмолекулярными процессами распада возбужденного состояния. Очевидно, что этот механизм действует только в присутствии поля накачки. В этом случае активация процесса свечения (т.е. практическое увеличение гф) должна сопровождаться сближением кинетики такой люминесценции с кинетикой импульса накачки. На рис. 21, 22, и 23 приведены измеренные кривые кинетики флуоресценции родамина 6Ж, криптоцианина и эритрозина при различных уровнях возбуждения, здесь же приведен импульс накачки. Измерения проведены при помощи скоростной времяанализирующей камеры "Hamamatsu" С979 с широкополосным фильтром на входе, отрезающим излучение накачки.
Измерение уровня порога возбуждения лазера на красителе от квантового выхода флуоресценции красителя
Для оценки влияния активации квантового выхода флуоресценции в поле лазерной накачки на пороговые параметры лазера на красителе были проведены сравнительные измерения порогов возбуждения генерации растворов родамина 6Ж в этаноле в естественном растворе (гф « 1) и в сопровождении тушителей люминесценции (Нр « 0,14 и 0,045), а также в этанольных растворах криптоцианина (г » 0.002) и НІТСІ (л « 0,3) [83], обладающих природным НИЗКИМ Гф. Возбуждение родаминовых растворов осуществлялось на частоте второй гармоники Nd-YAG лазера с длительностью импульсов 5 не и 400 не, растворов полиметиновых красителей - на основной частоте дополнительно собранного моноимпульсного рубинового лазера с длительностью импульсов 100 не (к = 694 нм). Возбуждение осуществлялось в прямоугольных кварцевых кюветах длиной L = 5, 15 и 35 мм по продольной схеме3, резонатор формировался за счет Френелевского отражения от внешних стенок кюветы. Низкая добротность такого резонатора существенно увеличивает величину пороговой энергии накачки, что необходимо для включения механизма коллективного взаимодействия между активными центрами в условиях когерентной накачки.
Порог генерации определялся визуально или с помощью регистратора РОМ-02, для пространственного разнесения пучков накачки и генерации на выходе лазеров на растворах устанавливалась дифракционная решетка (N = 1200 штр/мм). Изменение величины пороговой накачки для одного значения концентрации активного раствора осуществлялось варьированием краевых потерь за счет изменения одного размера поперечного сечения возбуждения при трансляционном перемещения цилиндрической линзы (F = 25 см) вдоль направления накачки и длины кюветы. Энергия накачки измерялась фотометром ФПМ-02, а ее распределение на входном торце кюветы определялось при помощи регистратора РОМ-02. Тушение флуоресценции родаминовых красителей при введении в раствор Nd(N03)3 6H20 [79] связано с вігутримолекулярньїм переносом синглетного возбуждения в долгоживущее триплетное состояние, слабая же флуоресценция криптоцианина обусловлена быстрой безызлучательной внутренней конверсией в синглетном канале. Есть основания предполагать, что средний по величине тф НГТСІ, также связан с достаточно быстрой внутренней конверсией энергии из возбужденного синглетного состояния и фотостерео изомеризацией.. На рис. 29 представлены данные измерений пороговой плотности накачки для этанольных растворов родаминовых красителей при разных уровнях потерь К, Значения К варьировались изменением условий эксперимента. Из рис. 29 видно, 2 что уже при плотностях энергии пороговой накачки Е 0,1 Дж/см отношение величин экспериментальных плотностей пороговых энергий накачки при разных квантовых выходах существенно отклоняются от этих же отношений, следующих из расчетов по формуле (9). При тушении родаминового раствора в 7 раз (Пф 0,14) величина энергии пороговой накачки согласно формуле (9)4 должна возрастать в 20 раз по отношению к естественному раствору (вследствие уменьшения Лф и возрастания Рзг). Экспериментально же порог увеличивается в области К] (см. рис. 29) в 1,5 раза, К2 - в 2,3 раза, Кз - в 1,7 раза, a IQ - в 1,2 раза. Это можно объяснить увеличением тф в поле когерентной накачки согласно приведенным выше экспериментам. Для примера укажем, что в области Kj и при соответствующей величине пороговой накачки в этой зоне (см. рис. 18) rj увеличивается до значения rip « 0,6, а в области IQ (по тем же данным) т ф стремится к значению ц для непотушенного раствора, что и отражается в существенном снижении пороговой накачки. При тушении в 22 раза (тф= 0,04) пороговая энергия накачки согласно (9) должна увеличиться в 100 раз, эксперимент же показывает значения для разных К в пределах 3,7-ь 12,5.
Аналогичные данные получены и для полиметиновых красителей (криптоцианин и ШТСІ), квантовые выходы флуоресценции которых различаются приблизительно в 150 раз. Здесь также наблюдалось снижение значения отношения пороговых уровней энергии по отношению к следуемому из разности значений исходных Гіф. Полученная экспериментальная величина отношения пороговых энергий « 20 очень близка к отношению квантовых выходов флуоресценции, реализуемых при включении механизма коллективных взаимодействий, если предположить, что Т](р НІТСІ стремится к 1, а Нф криптоцианина в соответствии с экспериментальными 2 данными (см. параграф выше) при плотности энергии накачки Е « 1 Дж/см составляет значение около 0,05. Таким образом, полученные здесь данные по порогам генерации достаточно хорошо количественно согласуются с приведенными выше результатами по зависимости квантового выхода флуоресценции концентрированных растворов красителей при когерентном возбуждении (сравнение данных рис.29 и рис. 18, 19).
