DE2426367C3 - Elektrochemilumineszenz-Laser - Google Patents
Elektrochemilumineszenz-LaserInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektrochemilumineszenz-Laser
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I1 wie er aus der GB-PS 12 73 929
bekannt ist.
Dieser bekannte Laser ist ein Farbstofflaser mit einer in einem optischen Resonator angeordneten Flüssigkeitssäule
aus einer Farbstofflösung, bei dem die laseraktive Substanz durch einen durch die Flüssigkeitssäule
geleiteten elektrischen Strom angeregt wird. Der Strom erzeugt negativ und positive Ionen der
laseraktiven Substanz, die unter Strahlungsemission rekombinieren. Als laseraktive Substanz wird z. B.
9,10-Diphenylanthrazen (DPA) in einem aprotonischen Lösungsmittel, wie z. B. Dimethylformamid (DMF)
verwendet.
Es ist ferner aus der DE-OS 2123 465 ein
(IfI Farbstofflaser bekannt, der als »breitbandiger Excjplex-Farbstoff-Laser«
bezeichnet wird. Als laseraktive Substanz dient dort ein Gebilde der Form [A ... H+]*,
das nur in Gegenwart einer Säure im Lösungsmittel beständig ist. Ein solches Gebilde stellt aber kein
Exciplex im eigentlichen Sinne dar, sondern sollte vielmehr genauer als »protonisiertes Molekül im
angeregten Zustand« bezeichnet werden, siehe z. B. das Buch von C. A. Parker »Photoluminescence of
Solutions«, Verlag Elsevier, Amsterdam, 1960, wo fluoreszierende Verbindungen des Typs (AH+)* unter
»Chemical Equilibria in the Excited State« (Seite 328) aufgeführt werden und nicht im Abschnitt »Excited
Dimers...« (Seite 344). Die in dieser Oftenlegungsschrift
beschriebenen protonisierten Moleküle, wie 4-Methylumbelliferon, haben eine in der Wellenlänge
von der protonisierten Ausgangssubstanz star'? abweichende
Fluoreszenz.
Es ist ferner bekannt, daß Radikalanionen (A -) und
Radiakalkationen (A+) mit hoher Ausbeute gemäß der
folgenden Reaktion
unter Bildung von angeregten Molekülassoziatcn reagieren können, die nur im angeregten Zustand
existieren. Wenn die zusammentretenden Teilchen gleich sind, werden solche Molekülassoziate als
»Excimere« bezeichnet, während man bei ungleichen Teilchen von »Exciplexen« spricht. Excimere und
Exciplexe können ihre Anregungsenergie in Form von Lumineszenzstrahlung abgeben, siehe z. B. die Veröffentlichung
von A. W e 11 e r und K. Zachariassein
»Chemical Physics Letters« 10,No.5, I.September 1971.
S. 590 bis 594 und die dort angegebenen Literaturstellen, insbesondere die Literaturstellen 1 bis 4.
Es ist auch schon aus einer Veröffentlichung von Nakashima, Malaga, Yamanaka, Ide und
M i s u m i in »Chemical Physics Leders« 18, Nr. 3,1. Feb.
1973, S. 386 — 389 ein optisch gepumpter Laser bekanntgeworden, bei dem die intramolekulare Exciplexemission
von p-(9'-Anthryl)-N,N-dimethylanilin (ADMA) zur Strahlungserzeugung ausgenutzt wird.
Nachteilig an diesem bekannten Lager ist der hohe Aufwand, der für das optische Pumpen erforderlich ist
und der relativ schlechte Wirkungsgrad wegen der ungünstigen Absorptionsverhältnisse. Die Verwendung
von Exciplexen als laseraktive Substanz wird sogar wegen der in vielen Fällen starken Absorptionsbanden
im Bereich der Exciplexemissionsspektr-n für unwahrscheinlich
gehalten (I.e. S. 386, linke Spalte, letzer A bsi!'z).
Der vorliegenJen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitslaser anzugeben, der sich
durch einen hohen Wirkungsgrad und einfachen Aufbau auszeichnet.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen Elektrochemilumineszenz-Laser der eingangs genannten
Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß bei elektrischer Anregung des Systems nicht nur Excimere
mit hohem Wirkungsgrad zur Laseremission veranlaßt werden können, sondern auch Exciplexe, was bisher für
unmöglich erachtet worden war.
Als Excimere und Exciplexe können die aus den obenerwähnten Arbeiten von Weller und Zach ariasse
bekannten Molekülassoziate (meist dimere) verwendet werden. Beispiele für Exciplexe sind Anionen
3 4
aromatischer Kohlenwasserstoffe in Kombination mit Der Laser kann im DurehfluQverfahren betrieben
Kationen von Tri-p-to|ylamin (TPTA), ferner Dimethyl- werden, d. h, die laseraklive Flüssigkeit kann in einem
ambra/en in Kombination mit ΤΡΤΛ ia 2-MethyItetra- Flüssigkeitskreislauf, der ein im Strahlengang des Lasers
hydrofuran (MTHF) oder Anthrazen/TPTA. Der Wir- angeordnetes Rohr mit Brewster-Fenstern u, dgl,
kungsgrad kann im allgemeinen durch Kühlung der >
enthält, im Umlauf gehalten werden. Wenn der Laser
Lösung gesteigert werden. mit der von einem Exciplex emittierten Strahlung
Die Lumineszenz solcher angeregter Molekülasso- arbeitet, können die beiden Komponenten A-und D+in
ziate, insbesondere Exciplexe, besteht aus einem breiten getrennten Strömungskanälen durch Stromdurchging
unstrukturierten Band. Man kann das Spektralgebiet erzeugt und vor Eintritt in das im Strahlengang
von 600 nm bis 350 nm umfassen. Dies ermöglicht eine \t, befindliche Rohr gemischt werden,
gute Abstimmbarkeit des Lasers auf verschiedene Die Erfindung kann sowohl auf Laser-Oszillatoren als
Emissionswellenlängen in einem breiten Spektralgebiet. auch auf Laser-Verstärker Anwendung finden.
Claims (7)
1. Elektrochemilumineszenz-Laser mit einer ein Lösungsmittel und mindestens einen gelösten organischen
Stoff enthaltenden laseraktiven Flüssigkeit, und mit einer Vorrichtung zum elektrischen
Anregen der Flüssigkeit, bei dem durch die elektrische Anregung in der Flüssigkeit positive und
negative Radikalionen entstehen, diese Radikalio- u nen bei ihrer Rekombination angeregte Moleküle
bilden, und diese angeregten Moleküle unter stimulierter Strahlungsemission in einen Zustand
niedrigerer Energie übergehen, gekennzeichnet
durch die Verwendung einer laseraktiven ι. Substanz, in der durch die elektrische Anregung
angeregte Molekülassoziate (Exciplexe) gemäß der Gleichung
A-+A+-(A"A)oderA-+D + -(A D·)
gebildet werden.
2. Elektrochemilumineszenz-Laser nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die laseraktive
Substanz aromatische Kohlenwasserstoffe in Kombination mit Tri-p-tolyamin (TPTA) enthält.
3. Elektrochemilumineszenz-Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die laseraktive
Substanz Dimehtylanthrazen im Kombination mit Tri-p-tolylamin (TPTA) in 2-Methyltetrahydrofuran
enthält. i'j
4. Elektrochemilumineszenz-Laser nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß die laseraklive
S/ibstanz Anthrazen in Kobination mit Tri-p-tolylamin
enthält.
5. Elektrochemilumineszenz-Laser nach einem der t<
vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Kühlung der Flüssigkeit.
6. Elektrochemilumineszenz-Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
einen Flüssigkeitskreislauf für die laseraktive Flüs- +
sigkeit. welcher ein im Strahlengang des Lasers angeordnetes Rohr enthält.
7. Eleklrochemilumineszenz-Laser nach Anspruch
6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskreislauf zwei getrennte Strömungskanäle zur -is
Erzeugung der Komponenten A- und D+ enthält, die sich vor dem Eintritt in das im Strahlengang
befindliche Rohr vereinigen.
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