, (24) причем критическое расстояние переноса R0 соответствует концентрации акцептора Na0, т.е. . В этом случае может быть записана через соответствующие концентрации

. (25)

Критическое расстояние переноса R0 может быть вычислено, пользуясь соотношением [23]

, (26)

где f 2 – ориентационный фактор; hD – квантовый выход люминесценции донора в отсутствии тушения; NA – число Авогадро; n – волновое число; – квантовая спектральная плотность люминесценции донора, нормированная на единичную площадь; – молярный десятичный коэффициент экстинкции акцептора.

Концентрация акцепторных молекул в двухкомпонентной смеси красителей выбиралась достаточно небольшой. РОС-лазер в этом случае мог генерировать излучение в спектральной области, начиная с длинноволнового края донора и заканчивая коротковолновым краем акцептора. В данном режиме работы РОС-лазер позволяет осуществить генерацию узкополосного излучения ультракороткой длительности.

Молекулы обоих красителей обладают усилением на длине волны генерации и вносят вклад в положительную обратную связь. В этом случае время жизни фотона в резонаторе tс будет описываться выражением (23).

2.3. Генерация УКИ при наличии излучения донора и переноса энергии возбуждения

Использованные нами коэффициенты в уравнениях имели следующие значения : N = 3.1018 см-3; t0 = 2,9 нс; L = 0,3 см; lг = 490 нм; h = 1,36; sp = 2,8.10-17 см2; se = 2,4.10-16 см2; spa = 10-2.sp; W = 1,465.10-8; Na = (0,03 – 0,05).N; V = 1. Импульс возбуждения в расчетах считали имеющим Гауссов профиль с длительностью 0.7 нс и длиной волны lн = 337 нм (азотный лазер).

Проведенные численные исследования динамики населенностей рабочих уровней и плотности фотонов РОС-лазера на бинарной смеси красителей показали, что работа в режиме 3 принципиально отличается от других режимов тем, что на выходе лазера одновременно присутствуют как излучение донора, так и излучение акцептора. Генерация начинает развиваться из излучения донора. Населённость возбужденного состояния молекул донора достигает в данном случае высоких значений и развивается просветляющий импульс излучения, рис. 13 а). В момент разгорания данный

импульс сильно поглощается, вызывая резкий скачок инверсии акцептора и генерируется УКИ на длине волны, соответствующей настройке РОС-лазера.

Кинетика генерации РОС-лазера на бинарной смеси красителей при наносекундном возбуждении.

а).

б).

Концентрация акцептора составляет а). Na = 0,032.N, б). Na = 0,045.N.

Рис.13

К моменту развития излучения донора в среде оказывается запасённой значительная энергия. Это обеспечивает высокое усиление для излучения донора и его резкий всплеск на фронте. Данный всплеск приводит к резкому скачку населённости акцептора за счет излучательного переноса энергии и генерации УКИ.

Указанный режим работы РОС-лазера определяющим образом зависит от концентрации акцепторных молекул. В рассматриваемом случае концентрация акцепторных молекул составляла 0,032.N, что соответствует малой эффективности безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения.

При увеличении концентрации акцептора до Na = 0,045.N эффективность безызлучательного переноса энергии увеличивается настолько, что населённость верхнего лазерного уровня акцептора благодаря безызлучательному переносу энергии увеличивается выше порогового уровня и генерируется УКИ, рис. 13 б).

Следует отметить, что максимальное превышение порога накачкой g0 при котором ещё генерируется одиночный УКИ при этом заметно уменьшается и составляет 1,41. Увеличение накачки выше указанного значения приводит к генерации двух импульсов, причем, если первый генерируется благодаря безызлучательному переносу энергии возбуждения, то второй – преимущественно благодаря перепоглощению излучению донора, рис.13 б).

Остановимся на изменении генерационных характеристик ультракороткого импульса, излучаемого акцептором при концентрациях меньших Na = 0,045.N.

Зависимость длительности одиночного УКИ, нормированной на ее минимальное значение, от концентрации акцепторных молекул в растворе приведена на рис.14. Она существенно нелинейная, причем увеличение Nа с 0,03 до 0,035 вызывает незначительное увеличение длительности УКИ.

Зависимость длительности одиночного УКИ t 0,5 , генерируемого РОС- лазером на бинарной смеси красителей от концентрации молекул акцептора Na.

Рис. 14.

Импульсы остаются предельно короткими. Дальнейшее увеличение Nа выше 0,035 приводит к еще большему её нарастанию. Объяснить это можно следующим образом. Возрастание концентрации акцепторных молекул Nа ведет к увеличению порога и увеличению потерь для излучения донора, т.е. генерация развивается при заметно меньшем усилении, что и способствует удлинению одиночного УКИ. В диапазоне концентраций акцептора, меньших 0,035.N генерируемые импульсы предельно короткие, какие ещё могут генерироваться при данной длине РОС-структуры. При L = 0,3 см tm = 12 пс. Зависимость объемной плотности фотонов УКИ от концентрации акцептора показана на рис. 15. Кривая практически линейно нарастает с увеличением концентрации акцептора Nа до 0,035.N, затем достигает насыщения, а далее начинается спад. При объяснении данной зависимости следует учитывать соответствующее изменение пороговой интенсивности возбуждения. Увеличение концентрации акцептора ведет к росту потерь

и снижению амплитуды импульсов излучения донора, что эквивалентно снижению интенсивности накачки. Увеличение населенности акцептора из-за роста эффективности безызлучательного переноса энергии, приводящее к снижению.пороговой интенсивности возбуждения, можно не учитывать ввиду его малости.

Свойства акцепторных молекул будут оказывать влияние на генерационные характеристики УКИ, причем, естественно, что влияние иного характера нежели в режиме работы 1 и 2.

На рис. 16 приведена зависимость длительности одиночного УКИ от сечения акцепторных молекул σа. При увеличении σа выше 1,6.σа0 наблюдается резкое увеличение длительности УКИ, которое может быть объяснено все возрастающими потерями для излучения донора, что сокращает скачек населенности в возбужденном состоянии молекул акцептора и уменьшает стартовое усиление для УКИ. Генерация импульса при снижении усиления сопровождается увеличением его длительности.

Зависимость объёмной плотности фотонов излучения qm, генерируемого РОС- лазером на бинарной смеси красителей от концентрации молекул акцептора Na.