Процессы нелинейного оптического возбуждения и их влияние на поляризационные характеристики люминесценции растворов многоатомных молекул тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

Белорусский государственный университет

РГБ ОД

УДК B35.375-fe21.3T3

Клищенко Анатолий Петрович

Процессы нелинейного оптического возбуждения и их влияние на поляриоационные характеристики люминесценции растворов многоатомных молекул

01,04.05 — оптика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физика-математических наук

Минск 1994

Работа выполнена на кафедре общей физики и лаборатории нелинейной спектроскопии отдела фпоики преобразования информации физического факультета Белорусского государственного университета.

Официальные оппоненты: академик АН РБ, доктор фпоико-математнческих наук, профессор Рубинов А.Н.

член-корреспондент АН РБ, доктор фиэпко-математических наук, профессор Ковалев A.A.

доктор фиоико-математнческих наук, профессор Умреико Д.С.

Ведущая организация: Институт молекулярной и атомной физики АН РБ

Защита состоится " часов на оа-

седании специалиоированного Совета Д 056.03.05 Белорусского государственного университета (220050, г. Минск, просп. Ф. Скорнны 4, гл. корпус, к. 206).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгосунивер-ситета.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного Совета доцент

Стельмах В.Ф.

Общая характеристика работы

Актуальность ТвМЫ. Создание лазеров позволило экспериментально исследовать процессы, обусловленные большими плотностями мощности излучении. Это стимулировало быстро« рнпвнтие нелинейной оптики, днло возможность исследовать эффекты, недоступные методам долазерной спектроскопии. Изучение закономерностей трансформации оперши в возбуждаемой высокой плотностью радиации молекулярной системе с необходимостью требует учета нелинейных процессор сопровождающих то или иное лвленне.

Наиболее полную информацию о нелинейных процессах, протекающих в многоатомных молекулах, как с точки зрения изучения общих закономерностей преобргтовшшя энергии светового возбуждения, так п их практического применении (в первую очередь в качество активных лазерных сред), можно получить путем исследования спектрально-полярппацтшных зависимостей. С помощью лазерного получении, как источника возбуждения, обладающего большими функциональными возможностями (широкий диапазон шшеиения мощности, возможность преобразования излучения п любое состояние поляризации, перестройка этого излучения по частоте), можно изучать разнообразный круг нелинейных явлений (ииогофотоиное поглощение, насыщенно и тушение, люминесценции, наведенная анизотропия и др.). Для перечисленных и других типов нелинейных процессов величина и вид зависимости степени поляризации по частоте возбуждения и испускания весьма характерны. Это позволяет весьма аффективно решать многие задачи нелинейной спектроскопии, в частности, устанавливать природу состояний, участвующих в многоквантовом возбуждении, механизм преобразования поглощенной световой энергии при мощном возбуждении, определять взаимное расположения осцилляторов переходов с поглощением и испусканием и т.п.

Хотя исследования в области нелинейной спектроскопии сложных молекул ведутся давно, взаимосвязь поляризационных характеристик с видом нелинейных процессов и механизмом их осуществления для разных нелинейных аффектов с единых позиций не исследовалась. В силу вышесказанного, изучение поляризационных зависимостей в спектрах излучения, поглощения и генерации многоатомных молекул в широком

диапазоне мощностей воздействующего на молекулярные системы излучения является, безусловно, актуальным, в особенности с учетом использовании их в различных устройствах квантовой электроники.

Диссертационная работа выполнялась на кафедре общей физики и лаборатории нелинейной спектроскопии Белгосуштерситета п 19701994 годах в соответствии с плановыми научными исследованиями по темам, входившим в программы АН СССР, АН БССР, АН РБ.

Целью работы являлось систематическое поучение методами поляризованной люминесценции процессов, возникающих при воздействии мощного оптического возбуждения на многоатомные органически«! молекулы, и разработка спектрально-поляризационных методик определения типов и механизмов нелинейных процессов в молекулярных системах. Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

- выяснить общие закономерности в механизмах двухбайтового возбуждения люминесценции с первого и более высоких возбужденных электронных состояний (ВВЭС) для различных классов молекул, найти связь между поляризационными характеристиками люминесценции молекул и механизмом процесса двухфотонного поглощения (ДФП);

- установить и исследовать закономерности нелинейного поглощения в зависимости от структуры молекулы, определить природу электронных состояний, участвующих в процессе возбуждения;

- показать эффективность применения осцилляторноп модели для процессов двухквщггового возбуждения люминесценции сложных молекул. Разработать осцилляторную модель для описания поляризационных характеристик двухфотонновозбуждаемой люминесценции во взаимосвязи со структурой энергетических уровней молекул;

- изучить закономерности формирования индуцированного излучения лазеров на основе органических соединений в широком диапазоне изменения интенсивности накачки, включая околопороговую область разработать модель для описания этих закономерностей применительно к различным вариантам накачки и спектрально-полярпзационньш характеристикам возбуждающего получения;

- разработать методику измерения интенсивности и степени поляризации излучений при импульсном лазерном возбуждении флуорес

ценции и генерации растворов.

Hay тшая новиона работы определяется тем, что в диссертации систематически исследованы нелинейные: явления: двухфотонное поглощение, световое тушение люминесценции, люминесценция из высоких возбужденных <остояшш, наведенная оптическая анизотропия индуцированного излучения в растворах; установлена связь между строенном молекул, поляризационными характеристиками получения растворов ir особенностями протекания нелинейных процессов. Получены сведения об энергетической структуре состоянии, которые не могут быть обнаружены при одноквантовых переходах. Обоснованы условия создания лазеров на основе растворов органических красителей с управляемыми ¡энергетическими и поляризационными характеристиками. Впервые:

- для нескольких классов органических молекул и растворах (производные фталнмнда, ниразолнна, антрацена, ксантеновые красители) обнаружено ДФП череп виртуальные промежуточные состояния; определена природа ;н лх состояний. Установлена связь между сечением ДФП, степенью поляризации флуоресценции и структурой уровней энергии молекулы;

- покапано, что световое тушение влияет на скорость вращательной деполяризации люминесценции, а дезориентация молекулы скапывается на интегральной мощности получения; обнаружена и доказана необходимость учета при больших мощностях возбуждающего получения дополнительных каналов деоактивации энергии возбужденного состояния, кроме вынужденных переходов (кумуляция энергии (КЭ), двухквантовые переходы);

- экспериментально доказано наличие коротковолновой люминесценции из ВВЭС для растворов органических молекул; изучена кумуляция энергии синглетно-возбужденных молекул в растворе; установлено существование различных каналов заселения ВВЭС и показана возможность экспериментального разделения двух процессов заселения высоких возбужденных электронных состояний, ДФП и двухступенчатого возбуждения (ДСП) через реальные состояния; предложен метод определения взаимного расположения дипольных моментов переходов между возбужденными состояниями для сложных молекул в растворах при двухкваитовом возбуждении;

- теоретически проанализирована и экспериментально проверена ¡зависимость энергии и степени поляризации индуцированного излучения лазера на красителе от геометрии накачки и эллиптичности возбуждающего получения; обоснован механизм формировании излучения генерации, обусловленный некогерентнои смесью колебаний всех возможных, поляризаций; предложен метод управления онергнен и степенью поляризации генерации жидкостного лазера, работающего в околопороговом режиме;

- разработан двухлучевои метод измерения степени поляризации излучения при импульсном возбуждении, заключающийся в одновременном сравнении световых полей двух составляющих анализируемого излучения, являющийся некритичным к нестабильности световых лазерных источников по энергии п сечению пучка. Метод позволяет измерять близкие к единице значения степени поляризации спонтанного и вынужденного излучения с высокой степенью точности.

Практическая значимость результатов работы и

их реализация

1. Разработанный метод анализа еректров ДФП и спектральных поляризационных зависимостей многоатомных молекул в растворах обеспечивает идентификацию состояний, участвующих в двухквантовог*; переходе,'позволяет определить механизм ДФП, энергетическую природу виртуальных состояний. Показано, что поляризационные исследования являются надежным способом установления характера п вид; тензора ДФП.

2. Результаты спектральных поляризационных исследований люминесценции в пределах нескольких электронных переходов растворов ор гаиических соединений при двуххвантовом возбуждении могут служитз основой для разработки жидкостных лазеров с заданными частотным! и поляризационными характеристиками.

3. Разработаны методы определения каналов и механизмов дезак тивации онергии (кумуляция анергии, двухбайтовые переходы) npi интенсивном возбуждении, основанные на исследовании спектрально поляризационных характеристик сложных молекул при сш;товом туше НИИ.

4. Покапано, что наличие различных каналов заселения ВВЭС молекул, может существенно влиять на энергию, спектральный состав и состояние поляризации излучения лазеров на основе растворов органических соединений.

5. Предложен метод оптимизации п управления выходными параметрами генерации жидкостных лазеров, заключающийся и подборе концентрации активного вещества п изменении степени эллиптичности знерпш возбуждающего получения; обоснован механизм формирования излучения генерации, позволяющий более детально подойти к вопросу о природе поляризации излучения жидкостных лазеров.

6. Разработан визуальный и фотометрический двухлучопой метод измерении степени поляризации спонтанного и индуцированного излучения с, необходимо)! точностью в шл]>оком диапазоне значений анизотропии.

Защищаемые положения

1. Механизм ДФП многоатомных органических молекул, а также природа промежуточных электронных состояний молекулярной системы, ответственных за протеками; указанного' процесса. Применимость приближения одного промежуточного состояния, позволяющего п теории ДФП построить осцилляторную модель дппольных переходов в молекуле, на ее основе интерпретировать зкспериментальные результаты по измерению поляризационных зависимостей в спектрах поглощения и люминесценции для различных классов молекул и обосновать анизотропный характер двухфотонновозбуждаемой флуоресценции.

2. Схема формирования колебательной структуры спектров ДФП для многоатомных молекул, обладающих центром инверсии, для которых двухфотонпые дппояьные переходы запрещены по четности. Механизм снятия запрета по четности для ДФП "за счет «электронно-колебателыюго взаимодействия по теории Гсрцберга-Теллера.

3. Метод разделения различных каналов дезактивации энергии возбужденного состояния (кумуляция, многобайтовые процессы) для изучения особенностей внутри- и межмолекулярных процессов релаксации. Влияние процессов броуновской вращательной релаксации па степень поляризации и интенсивность излучения и поле мощной световой волны.

4. Метод определения взаимной ориентации дппольных моментов переходов между возбужденными состояниями в молекуле, основанный на измерении степени поляризации люминесценции из ВВЭС при ступея-патом возбуждении двумя линейно поляризованными световыми потоками с различной взаимной ориентацией векторов поляризации.

Критерий разделения состояний, ответственных за коротковолновую и "горячую" люминесценцию, основанный на оценке времени жизни возбужденных состояний из поляризационных измерений флуоресценция.

5. Метод определенна механизма заселения ВВЭС при двухбайтовом возбуждении световыми потоками с различным состоянием поляризации, основанный на изучении поляризационных характеристик коротковолновой люминесценции. Аномальное увеличение сечения ДФП (приближение к величине одноквантового ступенчатого поглощения) в области двойного резонанса для молекулярных систем с высокой плотностью конечных состояний.

6. Результаты исследований кумуляции энергии еннглетпо-возбужденных молекул в растворах, основанные на изучении поляризационных характеристик люминесценции из ВВЭС п показывающие влияние КЭ на анизотропию и порог.генерации жидкостных лазеров.

7. Теоретический анализ и экспериментальные исследования влияния степени эллиптичности получения возбуждения и геометрии накачки на генерационные характеристики лазера на растворах красителей в околопороговой области, обосновывающие механизм формирования излучения генерации, обусловленный некогерентной смесью колебаний различных поляризации п показывающие возможность управления энергией и степенью поляризации генерации путем изменения эллиптичности излучения накачки и концентрации активного вещества.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Международной конференции по люминесценции, Ленинград, 1972; XIII Международной конференции по Рама-новской спектроскопии, Вюрсбург, Германия, 1992; Европейском конгрессе по квантовой оптике, Фирензе, Италия, 1993; Австралийской конференции по оптике, лазерам и спектроскопии, Мельбурн, Австралия,1993; XVI Конгрессе Международного оптического общества, Бу-

далешт, Венгрия, 1993; на Всесоюзных совещаниях по люминесценции, когерентной и нелинейной оптике (Сухуми 1971, Москва 1974, Киев 1975, Минск 1977, Самарканд 1979, Ленинград 1986, Харьков 1990); республиканских конференциях и семинарах.

Публикации. Основные реоультаты работы опубликованы в одном препринте, 20 научных статьях, 20 теоисах докладов, в трудах конференций и совещаний, защищены патентом на иообретение. Список публикаций по теме диссертации приведен в конце автореферата.

Личныи вклад автора. В диссертации положены результаты работ, выполненных лично автором, либо в соавторстве с коллегами и учениками. Личный вклад автора заключается в постановке задач исследования (в ряде случаев совместно с Воропаем Е.С., Гаи-сенком В.А., Слободяшоком А..II.), разработке методик эксперимента и создание оригинальной установки, построении теоретических моделей, анализе и интерпретации результатов, а также в непосредственном участии в экспериментальных исследоаанпях. Полуколпчествешюе описание отдельных явлений нелинейного тушения флуоресценции было выполнено совместно с Гайсенком В.А. Осцилляторное моделирование процессов излучения и поглощения растворяв многоатомных молекул при мощном возбуждении было проведено совместно с Буровым Л.И. Другие соавторы участвовали в постановке эксперимента п обсуждении результатов. . '

Содержание диссертации

Во введении обоснована цель работы, ее научная ношюна и практическая значимость п основные защищаемые положения.

В ПерВОИ Главе анализируются экспериментальные особенности обнаружения и исследования нелинейных явлений в растворах органических соединений, изложены разработанные экспериментальные методы н сродства применительно к изучению спектрально-поляризационных характеристик люминесценции, возбуждаемой мощными лазерными импульсными потоками, дана краткая характеристика. объектов исследования.

В главе приведена блок-схема оригинальной установки, позволяющей измерять степень поляризации, поляризационные спектры по поглощению и испусканию, спектры поляризационного отношения и сечения двухфотонного поглощения (ДФП). Комбинация излучения первой и второй гармоник рубинового и неоднмового лазеров с излучением перестраиваемого по частоте лазера на растворах органических красителей позволяла осуществлять возбуждение (одно- и двухкваитовое) как отдельными частотами, так и в пределах нескольких полос поглощения исследуемых объектов. Использование в экспериментальной установке оптических элементов, позволяющих изменять состояние поляризации и ориентацию векторов поляризации возбуждающих потоков, дало широкие возможности для изучения нелинейных процессов методами поляризационной „спектроскопии.

Большое внимание уделено разработанной двухлучевон методике измерения степени поляризации люминесценции при импульсном возбуждении изотропных растворов многоатомных молекул, применение которой значительно повышало точность поляризационных измерений. При этой методике измерения обе составляющие люминесценции определялись от одного лазерного импульса, что достигалось применением двоякопреломляющей призмы, пространственно разделяющей два световых потока анализируемого излучения, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Предложен и описан оригинальный метод измерения близких к единице значений степени поляризации излучения, что особенно важно при изучении процессов формирования поляризованного индуцированного

излучения в лазерах на растворах органических соединении. Метод основан на одновременном сравнении световых полей для двух составляющих излучения, осуществляемом посредством фотометра с визуальной либо фотоэлектрической регистрацией.

Произведена оценка ошибки поляризационных измерений по предложенному и разработанному методу, основанному на статистическом анализе работы двухканального поляриметра. Получены соотношения для определения погрешности измерений, связанной с нестабильностью лазерного импульса и флуоресценцией регистрирующего сигнала. Предложены оптимальные с точки зрения повышения точности алгоритмы измерений п обработки результатов. Проведена оценка относительной ошибки измерений для типичных значений нестабпльпостей используемых лазерных источников и фотоэлектрических систем регистрации, которая составляет 5 -г 7%.

В первой главе дана также краткая характеристика объектов исследования производных фташшида, ппразолина, антрацена, нафталина, некоторых органических красителей. Такой выбор был продиктован необходимостью иметь как соединения с широкими бесструктурными спектрами люминесценции и поглощения (фталимпды, ппразолнны), так и обладающих четкой колебательной структурой (производные антрацена, нафталин). Исследование некоторых многоатомных молекул (ксантеновые красители) определялось их важной ролью в квантовой электронике — широким применением в качестве активных сред жидкостных лазеров или фототропных затворов. Кроме того, ати вещества оказались удобными объектами при изучении ряда закономерностей, связанных с протеканием нелинейных процесов в растворах многоатомных молекул.

Вторая глава посвящена теоретическому и экспериментальному изучению двухфотонного поглощения органических молекул в растворах.

В первых двух параграфах главы рассматриваются вопросы поляризации двухфотонновозбуждаемой флуоресценции. На основе анализа экспериментальных-результатов измерения степени поляризации классов сложных молекул п теоретического рассмотрения в рамках оецпл-ляториой модели предложен механизм двухквактового возбуждения п

сделан вывод о природе промежуточных состоянии.

Рассчитана зависимость населенности квантовой системы при двух-фотонном возбуждении для случая изотропного распределения поглощающих молекул, возбуждаемых двумя потоками линейно поляризованного света. Расчет проводился с помощью матрицы плотности, используя метод, разработанный для источников с квазимонохромати-ческнм излучением. Установлено, что для молекул, линейных относительно процесса ДФП, степень поляризации двухфотонно возбуждаемой флуоресценции (А,;,) в зависимости от угла Между параллельными диполями поглощения п диполя испускания может изменяться в пределах от 2/3 до —1/2. Экспериментальные измерения Рщ показали, что для 4-пронзводных фталимнда и ряда производных пиразолина значения степени поляризации близки к предельным н для этих веществ процесс ДФП можно моделировать двумя параллельными линейными полностью анизотропными осцилляторами поглощения и параллельным им линейным осциллятором испускания, приводящим к значению Р24> = 2/3.

Значительно более низкое значение Ргф наблюдается для 3-производных пиразолина. По результатам измерении Рг</> молено выделить две группы веществ. Для одной из них значения Р2ф невелики (3-производные фталпмида, а также 1-фенил-3-[аценафтпл-(5)]-5-[флуоренил-(2)] -Д2-ииразолин и 1-фенил-3-[флуоренил-(2)]-5-[бифеш1Л-(4)]-Д2-Ш1разолнн), для другой значения Р%р ближе к предельным (4-производные фталпмида; 1,3,5- трифенилпиразолин п 1-фенил-3-[бифенилпя-(4)]-5- [нафтил-(2)]-Д2-ииразолпн). На основании анализа значений Р^р и однофотонных поляризационных спектров , выявленакорредяция между значениями степени поляризации при ДФП и направлением дипольного момента коротковолновой полосы поглощения. Сделан вывод, что электронное состояние, соответствующее коротковолновой полосе поглощения, принимает участие в двухфотонном переходе на состояния длинноволновой полосы, формируя промежуточное состояние двухбайтового перехода для псследуемых соединений.

Приведены результаты измерений Р-хф для ряда соединений при возбуждении различными частотами лазерного излучения. Установлено, что для веществ,_у которых осциллятор коротковолновой полосы погло-

1 дели я ориентирован перпендикулярно к осциллятору испускания, Р2ф невелико и при увеличении суммарной частоты двух фотонов в одном элементарном акте двухквантового поглощения величина А,., сильно падает. В случае параллельных осцилляторов поглощения испускания (вторая группа веществ) этот эффект незначителен. Дана интерпретация результатов измерений, основанная на том, что при сканировании частоты возбуждения п ее приближении к частоте перехода, ответственного за формирование промежуточного состояния, его влияние должно усиливаться.

На основании экспериментальных данных предложены две модели двухфотошюго поглощения. Для одной из них дппольныи момент перехода с основного состояния на промежуточное параллелен диполь-ному моменту перехода с испусканием, для второй перпендикулярен. Получены аналитические выражения, связывающие с углом между дппольпымп моментами двухфотониого перехода. Для одной по моделей при изменении угла от 0° до 90° Рщ, изменяется от 2/3 до 1/5, для другой— от 1/5 до -1/2.

Проведены исследования спектральной зависимости Ргф и сечения ДФП для растворов ряда органических соединений. Спектральный ход двухфотониых поляризационных спектров интерпретирован в рамках предложенных выше моделей ДФП с одним промежуточным состоянием для различных классов многоатомных молекул.

На примере исследования спектров ДФП растворов производных фтапнмида и ппраоолина установлено, что контур спектра ДФП для молекул с широкими бесструктурными однофотоняыми полосами поглощения и испускания совпадает с контуром спектра ОФП, что обусловлено близким к разрешенному характеру двухфотонного поглощения вследствие электронно-колебательного взаимодействия, снимающему запрет на двухквантовые переходы между состояниями противоположной четности по механизму Герцберга-Теллера. -

Измерены спектры ДФП ряда цептросимметричпых молекул (9,10-диаллилантрацен и нафталин) вблизи 0-0 перехода. Определена структура спектров, установлены состояния, не проявляющиеся в спектрах однофотонного поглощения. Предложена схема формирования спектров ДФП для молекул с центром инверсии — в пределах олектронно-

холебательноп полосы спектр состоит из набора серии, первая из которых должна быть сдвинута в коротковолновую область от 0-0 перехода на величину наиболее низкочастотного колебания. Каждая из серий может состоять из максимумов, соответствующих возбуждению несимметричных колебаний различных типов (61и, Ь2и, Ьзи). Разные серии могут отличаться возбуждением и полносимметричного колебания того нлп иного типа.

Во второй главе также приведены результаты теоретического и экспериментального изучения методами поляризованной люминесценции тензора ДФП. Используя выражение для тензора двухфотонного поглощения, расчет соответствующих компонентов люминесценции п получена формула для степени поляризации люминесценции для молекул произвольного типа. Рассмотрена модель тензора ДФП, пригодная для описания спектрально-поляризационных характеристик фталнмида м пиразолина. Показано, что, если вклад в вероятность двухбайтового перехода вноспт не только симметричная, но и антисимметричная часть тензора, то последняя особенно сильно будет влиять на поляризацию люминесценции при различных состояниях поляризации и различных частотах поглощаемого получения. Предложено удобное для анализа выражение для степени полярпэацни люминесценции через параметр Кк = где Ди/ = (и>1, шг —^частоты возбуждающих потоков), а шн — частота перехода из промежуточного в начальное состояние. Вклад антисимметричной части тензора в значения степени поляризации максимален при перпендикулярных матричных элементах, входящих в тензор двухфотонного поглощения. Замена вэаимноперпен-дикулярных векторов в поляризации возбуждающих потоков местами, соответсвующая изменению знака приводит к изменению степени поляризации Рзф, что может быть использовано для определения вклада антисимметричной части тензора ДФП. Экспериментальная проверка, осуществленная на растворах производных фталимида и пиразолина, дала хорошее не только качественное, но к количественное совпадение с теоретическими расчетами. На основании проведенных исследовании предложен способ изучения структуры тензора ДФП — поляризационные . исследования люминесценции при двухквантовом возбуждении различными частотами излучения со взаимно перпендикулярным рас-

положением векторов поляризации.

Третья глава диссертации посвящена рассмотрению механизмов светового тушения и насыщения в многоатомных молекулах в растворах путем теоретического и экспериментального изучения поляризационных зависимостей и интенсивности люминесценции с учетом эффектов броуновской вращательной релаксации.

Выполнен расчет зависимости степени поляризации люминесценции от интенсивности тушащего импульса и эффективности тушения для различных моделей взаимного расположения осцилляторов поглощения, излучения и ориентацией единичных векторов поляризации линейно поляризованного возбуждающего и тушащего потоков. Установлено, что максимальная эффективность светового тушения в рамках определенной модели наблюдается при параллельном расположении вектора поляризации тушащего света и дипольного момента перехода, ответственного за световое тушение. Выполнены исследования поляризационных характеристик люминесценции в условиях светового тушения при вариации в широких пределах интенсивности возбуждения, в том числе и для интенсивностей, при которых наблюдаются эффекты насыщения населенности возбужденного состояния. Показано, что процессы насыщения стремятся уменьшить ашгаотропию распределения поз буж денных молекул, Однако при значительных эффектах насыщения мощности тушащего потока -уже. недостаточно, чтобы заметно изменить орпентационное распределение молекул, созданное возбуждающим излучением. , • .

В рамках двухуровневой модели на основе балансныхуравнений выполнены расчеты по влиянию броуновского вращения молекул на зависимость интенсивности и анизотропии люминесценции от интенсивности тушащего светового потока. Получены аналитические выражения для анизотропии и интенсивности флуоресценции для случая насыщения п случая преобладания вынужденных переходов ввпз.

Экспериментальная проверка результатов расчета показала, что при возбуждении флуоресценции мощными световыми потоками возможны отклонения от формулы Левшпна-Перрена как в сторону увеличения, так п в сторону уменьшения эффективности вращательной деполяризации.Величина этих отклонений зависит от плотности мощности возбу-

ждающего излучения, а характер отклонения определяется тем, в какой области спектра происходит поглощение.

На основании совместного анализа экспериментальных результатов п реоультагов расчета установлено, что в качестве основного процесса дезактивации люминесценции сложных молекул в растворе за счет светового тушения выступают процессы вынужденного излучения из флуоресцирующего состояния в.основное. Показано, что изучение температурных зависимостей аниоотропии при насыщении и световом тушении позволяет установить эффективность различных каналов распада энергии возбуждения.

Показано, что отклонение экспериментальных результатов от расчетных обусловлено не только рамкамп предложенных моделей, но п тем, что при. использовании мощных резонансных световых потоков возможно проявление другпх каналов трансформации энергии возбуждения в молекуле — многоквантовые переходы, кумуляция энергии и так далее. ' . ' .

Четвертая глава содержит результаты спектрально- поля-' ризацнонных исследовании люминесценции из высоких возбужденных состояний (ВВЭС) растворов ксантеповых красителей и 3,6-тетраметилдиамиво-^ме^^йталимида. 1 ' •

На основе осцилляторной Модели получено общее выражение для степени поляризации люминесценции из ВВЭС. Рассмотрены различные варианты возбуждения двумя поляризованными потоками различной частоты: а) оба вектора поляризации параллельны между собой и направлены вдоль оси .2Г лабораторной системы координат; б) вектора поляризации возбуждающих потоков взаимно перпендикулярны, причем один из них направлен вдоль оси Z, а другой вдоль оси У, и наоборот. Показано, что для каждого из этих случаев значение степени поляризации достаточно характерным образом зависит от угла между направлениями дипольных моментов переходов в поглощении и направлением дипольного момента, отвечающего за излучательный переход из второго возбужденного электронного состояния в нижнее.

Измерена степень поляризации "синей" (из ВВЭС) люминесценции отанольных п глицериновых растворов исследуемых веществ. На основе сопоставления экспериментальных данных при различных способах

возбуждения для вязких растворов удалось установить взаимное расположение дппольных моментов переходов как между возбужденными, так и между возбужденным и основным состояниями. Сравнение с теоретическими расчетами позволило предложить две модели расположения моментов переходов в молекулах. Для родамина и родамина С дппольные моменты переходов в поглощении расположены параллельно друг другу {(11 || рг), но перпендикулярны дппольному моменту и излучении (Д1 ± Дз). Для 3,6-тетраметплдпамино-Ы-метплфталпмнда ¡11 -I рг и Д2 || рг- Приведены результаты измерения поляризационного отношения этих же соединении в вязких и невязких растворителях. На основании совокупного анализа данных по поляризационному отношению н степени поляризации показано, что в соединениях, для которых энергетической структурой разрешено ступенчатое возбуждение, определенный вклад в формирование излучения из ВВЭС обеспечивается и посредством других каналов заселения высоких возбужденных состояний, в частности, двухфогонным переходом через виртуальное состояние в области двойного резонанса.

Проведены экспериментальные исследования поляризационных спектров в пределах нескольких электронных полос излучения. Установлено, что вид поляризационных спектров существенно зависит от способа возбуждения п вязкости раствора. Анализ этих спектров показывает, что при переходе от коротковолновой полосы излучения (отвечающей за "синюю" люминесценцию) к длинноволновой степень по-' ляризации начинает в основном определяться направлением вектора поляризации светового потока, отвечающего оа переходы с основного в первое возбужденное состояние.

Кроме того, поляризационные спектры по испусканию пооволяют.не только определять направление дппольных моментов Переходов между возбужденными состояниями, но к устанавливать состояния, ответственные за "горячую" люминесценцию и переходы из ВВЭС.

В этой же главе приведены результаты исследований по определению относительного вклада процессов двухф о тонного (ДФП) и двухступенчатого (ДСП) поглощения в растворах красителей в области двойного резонанса, возбуждение верхних электронных состояний.

Проведены квантовомеханпческпе расчеты вероятностей ДФП и

ДСП для многоатомных молекул. Показано, что высокая плотность состояний сложных молекул приводит к тому, -что вероятности двух процессов заселения ВБЭС могут быть сравнимыми по порядку величины. Рассмотрены возможности некоторых методик по разделению и определению относительного вклада различных механизмов (ДФП и ДСП) заселеппя конечного состояния. Выполнен расчет эффективности обоих процессов от времени задержки между возбуждающими импульсамЕи. Показано, что с ростом временной задержки между импульсами эффективность ДФП падает значительно быстрее ДСП, что может служить основой для определения относительных вкладов двух процессов. Разработана методика определения и разделения вкладов ВВЭС посредством ДФП и ДСП, основанная на исследовании поляризационных зависимостей.

По измерению поляризации коротковолновой люминесценции растворов красителей различной вязкости подтверждено наличие заметной конкуренции двух обсуждаемых механизмов заселения ВВЭС, предложены экспериментальные условия разделения обоих процессов, рассчитаны сечения поглощения для этих типов переходов.

В конце четвертой главы рассмотрены вопросы кумуляции энергии (КЭ) синглетно возбужденных молекул в растворе и ее влияние на поляризационные характеристики коротковолновой люминесценции.

Проведены теоретические расчеты поляризационных характеристик излучения из ВВЭС с учетом КЭ синглетно-возбужденных молекул. Показано, что поскольку люминесценция из ВВЭС, заселенных вследствие КЭ, практически полностью деполяризована, то с ростом интенсивности возбуждения и концентрации изменяется степень поляризации суммарной люминесценции, возникающей в результате ДСП и КЭ. Обоснована возможность изучения эффектов кумуляции энергии по концентрационным зависимостям степени поляризации "синей" люминесценции.

На основании экспериментальных исследований зависимости анизотропии излучения нз ВВЭС от концентрации красителя в растворе, определен эффективный радиус переноса энергии возбуждения. Проведенное сопоставление с теоретическими расчетами и литературными данными показало эффективность предложенных моделей и методик

поучения рассматриваемых процессов.

В ПЯТОЙ главе рассматриваются вопросы влияния геометрии, накачки и степени эллиптичности возбуждающего излучения на энергетические и поляризационные характеристики генерации лазеров на основе растворов красителей.

Проведен анализ особенностей методик эксперимента II аппаратуры для изучения поляризационных характеристик пнцуплрованного излучения при поляризованной накачке, при энергиях, близких к пороговым значениям. Предложена оптическая схема определения состояния поляризации генерации лазера.

Выполнены теоретические расчеты характеристик лазерного излучения в околопороговом режиме генерации для случая продольного и поперечного варианта накачки в рамках двухуровневой модели генерирующего вещества. Разработан подход для описания процесса формирования лазерного излучения на основе конкуренции колебаний с всевозможными ориентацпями вектора поляризации в плоскости, перпендикулярной направлению распространения.

Приведены результаты экспериментальных измерений завпспмостн степени поляризации п мощности генерации от степени эллиптичности излучения накачки в области прппороговых ее значении. Обнаружены характерные зависимости п существенные (до 50% от максимального значения) изменения степени поляризации н мощности генерации от -¡чтснспвности при продольном варианте накачки. Для попереч- ' ной накачки проведены исследования степени поляризации п мощности генерации от степени эллиптичности л азимута вектора поляризации излучения накачки. Как и для случая продольного варианта накачки, наблюдается значительное отличие перечисленных характеристик от аналогичных при высоких (десятикратное превышение пороговых) ин-тенспвностях ьлкачка. Показано, что при накачках, близких по энергиям к пороговым значениям, эффективность линейно поляризованной накачки выше в 2 -г 3 раза ццркулярно поляризованной и эта разность нивелируется лишь при значительных превышениях порога.

Проведено исследование отношения эффективности генерации при накачке линейно-поляризованным излучением к эффективности при накачке излучением круговой поляризации от концентрации молекул кра-

сителя. Установлено, что для определенных условий эксперимента (величины энергии накачкп, длины кюветы) существует оптимальная концентрация, при которой эффективность линейно ноляризованиой накачкп максимальна.

На основании проведенного анализа результатов исследовании эффективности накачкп, пороговых значений мощности, а также степени поляризации генерации молекул от концентрации выяснена роль й относительная эффективность различных механизмов диссипации энергии накачки. Отмечно, что существенное влияние на эффективность генерации при определенной геометрии накачкп и энергии оказывает бе-зызлучательный перенос энергии возбуждения (БПЭ). Показано, что ВПЭ в определенном интервале концентрации может оказывать конкуренцию другим механизмам дезактивации энергии возбуждения и, в определенной мере, дозволяет управлять характеристиками излучения лазера на красителе.

Результаты экспериментальных измерений интерпретированы в рамках модели, используемой для теоретического анализа спектрально-поляризационных характеристик генерации растворов красителей, и хорошо согласуются с рассчитанными численно данными.

Основные результаты и выводы диссертации

Осповные результаты и выводы на осйоое изложенного в диссертации материала можно сформулировать следующим образом:

1. Решена общая задала установления механизма двухфотонного поглощения в растворах многоатомных молекул, исходя из единого подхода, заключающегося в теоретическом и экспериментальном исследовании поляризационных характеристик люминесценции. Определена природа состояний двухбайтового перехода в молекулярной системе, ответственных за промежуточные уровни, как состояний, наиболее близко расположенных к конечному.

2. На основании анализа результатов экспериментальных измерений степени поляризации обоснована осдиллягорная модель описания спектрально-поляризационных характеристик двухфотонновозбуждае-мой люминесценции в приближении одного промежуточного уровня. Предложены и рассмотрены две модели взаимного расположения осцилляторов двухбайтового поглощения и испускания, описывающие поляризационные зависимости люминесценции для многоатомных молекул. Получены аналитические выражения для степеаи поляризации люминесценции'при ДФП, из которых следует ее более анизотропный характер по сравнению с возбуждаемой одпофотопно. Впервые получены экспериментальные зависимости степени поляризации люминесценции при ДФП от суммарной частоты возбуждения (двухфотоппио поляризационные спектры). Вид поляризационных спектров в пределах нескольких электронных полос поглощения полностью согласуется с результатами теоретических расчетов степени поляризации на основе разработанных моделей в приближении одного промежуточного состояния.

3. Иэучепы основные закономерности в спектрах ДФП многоатомных органических молекул в растворах и обоснован характер механизма ДФП путем изучения спектрального хода сечения ДФ-П и поляризационного отношения. Показано, что двухкваптовое возбуждение в молекулярных системах, для которых 0-0 переход запрещен в двухбайтовом приближении, обусловлено электронно-колебательным взаимодействием в соответствии с теорией Герцберга-Теллера, характер

которого определяет спектральную зависимость двухфотонного поглощения, что позволяет установить природу состоянии, участвующих в ДФП и запрещенных в однофотонной спектроскопии. Впервые интерпретированы спектры ДФП для ряда молекул вблизи 0-0 перехода, предложена схема формирования электронно-колебательной структуры для молекул с центром инверсии.

4. Обоснован и разработан новый способ двухфотонной спектроскопии — анализ свойств антисимметричной части тензора ДФП путем исследования зависимости степени поляризации люминесценции от изменения расстройки частот двух поглощаемых квантов.

5. Установлено, что световое тушение, обладающее ориентационно-селективным характером изменения времени жизни молекулы в возбужденном состоянии, влияет на скорость вращательной деполяризации люминесценции, а дезориентация молекул сказывается на интеграль-' ной мощности люминесценции.

На основании исследований влияния броуновского вращения на степень поляризации п интенсивность флуоресценции при различных уровнях тушащего излучения показано, что для большинства органических молекул в растворах вынужденные безызлучательные переходы внпз являются определяющими в механизме светового тушения. Проведен анализ вклада дополнительных путей дезактивации энергии — из-лучательных и беоызлучательных (кооперативные процессы, внутримолекулярная интеркомбпнационная инверсия, многоквантовые эффекты и др.) при световом тушении. Показано, что измерение зависимости степени поляризации от температуры и вязкости при световом тушении является надежным способом изучения вклада различных каналов распада анергии возбуждения при световом тушении, особенностей внутри- и межмолекулярных продесов преобразования энергии. -

6. Теоретически п экспериментально обоснована в рамках осцилля-торной модели зависимость степени поляризации из ВВЭС от ориентации дииольных моментов переходов между возбужденными состояниями в молекуле при ступенчатом возбуждении двумя световыми потоками с различным взаимным расположением векторов поляризации. Разработан метод определения взаимной ориентации дипольпых моментов переходов в молекуле, основанный на измерении степени поляризации

людшнесцснцнп по ВВЭС.

7. Предложен п обоснован способ оценки времени жпонн первого п более высоких возбужденных состояний, отвечающих за "горячую" и коротковолновую люминесценцию, основанный на анализе поляризационных спектров по испусканию, впервые полученных в работе и выражающих зависимость степени поляризации от длины волны излучения в пределах нескольких электронных полос. Показано, что по характеру поляризационных спектров по испусканию возможно адекватное определение путей дезактивации энергии возбуждения в поле световой волны.

8. Впервые обнаружено аномальное увеличение эффективности двух-фотонного возбуждения в условиях двойного резонанса, обусловленное высокой плотностью числа колебательных состояний, характерной для многоатомных молекул. Разработана методика разделения вкладов двух процессов (ступенчатого и двухфотонного), основанная на экспериментальном исследовании степени поляризации коротковолновой люминесценции, а также поляризационного отношения для маловязких растворов сложных молекул посредством подбора условии возбуждения: изменения расстройки двух поглощаемых квантов при неизменной суммарной частоте и энергии или же изменения суммарной энергии двух квантов, определяющих переход из основного в конечное состояние системы. Проведены оценки сечения ДФП, значения которого по порядку величины совпадают с сеченпем процесса ступенчатого перехода '

(ю^Й1)-

9. Разработана модель описания кумуляции энергии синглетно-возбужденных молекул, возникающей прп высокой плотности населенности возбужденного состояния н обусловленной безызлучательным переносом энергии с одной возбужденной молекулы на другую. Рассчитаны поляризационные характеристики люминесценции из ВВЭС, заселяемой при КЭ. Показано, что посредством исследования концентрационной деполяризации "синей" люминесценции возможно определение путей и механизмов ее возбуждения. Обоснована необходимость учета КЭ прп определении и оптимизации параметров жидкостных лазеров.

10. Для жидкостных лазеров при различных вариантах геометрии

п состояниях поляризации излучения накачки впервые выявлены особенности формирования и развития генерации в прппороговой области значений энергии накачки. Теоретически х^ассмотрена модель, обосновывающая формирование частично поляризованного излучения генерации, обусловленная некогерентной смесью колебаний всех возможных поляризаций, независимо от поляризации излучения накачки и геометрии. Показано, что в околопороговой области значений интенсивности накачки мощность и степень поляризации генерации определяются поляризацией света накачки и концентрацией молекул активной среды. Установлено, что линейно поляризованное излучение накачки с вектором поляризации, ортогональный оси резонатора, является наиболее эффективным по сравнению с излучением любой другой поляризации.

11. Обоснован способ получения неполяризованного света генерации,основанный на накачке активного вещества светом с произвольно' ориентированными колебаниями любых поляризаций или же при накачке циркулярно поляризованным светом.

12. Предложен и обоснован физический механизм управления параметрами индуцированного излучения жидкостного лазера путем изменения поляризации и энергии накачки, а также концентрации раствора, приводящей к концентрационным зависимостям коэффициента усиления, скоростей ориентационной релаксации и тушения излучения молекул активной среды. . .

Литература

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Кивач Л.ГГ., Клищенко А.П., Саржевский A.M. Влияние способа полимеризации на спектры и степень поляризации производных антрацена d полнметилметакрилате. —Известия вузов, сер. физич., 1970, т. 12, с. 154.

2. Буров Л.И., Воропай Е.С., Клпщенко А.П., Саржевскии A.M. Поляризация флуоресценции сложных молекул при двухфотонном возбк-ждснпи. —Известия АН СССР, сер. физич., 1972, т. 36, №5, с. 951.

3. Буров Л.И., Воропай Е.С., Клшценко А.П., Саржевскии A.M. Поляризационные характеристики флуоресценции, возбуждаемой в результате двухфотонного поглощения. —Тезисы докладов международной конференции по люминесценции. Изд-во "Наука", Черноголовка, 1972, с. 120.

4. Воропай Е.С., Клпщенко А.П., Саржевскии A.M. К вопросу о состояниях, участвующих в двухквантовом возбуждении флуоресценции производных фталтшда. —ЖПС, 1972, т. 17, Лг°4, с. 646.

5. Буров Л.И., Воропай Е.С., Клищенко А.П. Исследование анизотропии флуоресценции при двухфотонном возбуждении. —Материалы II Республиканской конференции молодых ученых по физике. Ротапринт ИФ АН БССР, Минск, 1973, с. 18.

6. Воропай Е.С., Клищенко А.П., Саржевский A.M. О корреляции" • степени поляризации двухфотонновозбуждаемой флуоресценции и осциллятора коротковолновой полосы поглощения. —Вестник БГУ, 1974, сер. 1, №1, с. 32.

7. Воропай Е.С., Клпщенко А.П., Саржевскии A.M. Поляризационные спектры при двухфотонном возбуждении. —Сборник докладов VII . Всесоюзной конференции по когерентной и нелинейной оптике. Изд. МГУ, Москва, 1974, с. 34.

8. Воропай Е.С., Дударев И.А., Клпщенко А.П. Поляризационные спектры при двухфотонном возбуждении растворов сложных молекул. —Тезисы VII Всесоюзной конференции по нелинейной оптике.', Ташкент, 1974, с. 93.

9. Воропай Е.С., Дударев И.А., Клшценко А.П., Саржевский A.M. Исследование спектров поляризации и поглощения сложных молекул при

двухфотонном поглощении. —ЖПС, 1975, т. 23, №2, с. 273.

10. Дударов И.А., Клшцешсо А.П. Поляризационные спектры сложных молекул при ДФП. —Сб. научных трудов III Республиканской конференции молодых ученых по физике. Ротапринт ИФ АН БССР, 1975, с. 28.

11. Буров Л.И., Гайсенок В.А., Дударев H.A., Клшценко А.П., Сар-жевекип A.M. Исследование электронно-колебательного взаимодействия при двухквантовом поглощении. Тезисы докладов VI Всесоюзного совещания по квантовой химии, Кишенев, "Штиинца", 1975, с. 30.

12. Гайсенок В.А., Дударев И.А., Клшценко А.П., Колев И.Н. Влияние броуновского вращения на анизотропию испускания флуоресценции при лазерном возбуждении. Известия АН СССР, сер. физ., 1975, т. 35, JV°11, с. 2308.

13. Гайсепок В.А., Дударев И.А., Клищенко А.П. Температурные зависимости анизотропии испускания сложных молекул при лазерном возбуждении. —Тезисы докладов XXII Всесоюзного совещания по люминесценции. Ротапринт ИФ АН УССР, Киев, 1975, с. 74.

14. Клищенко А.П. Исследование спектрально- люминесцентных характеристик органических молекул при лазерном возбуждении — Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Минск, 1975.

15. Дударев И.А., Клшценко А.П. Двухфотонное возбуждение в нафталине, и дифениле вблизи 0-0 перехода. —Сборник трудов IV Республиканской конференции молодых ученых по физике. Репринт ИФ АН БССР, Гомель, 1976, с. 42.

16. Бутько А.И., Воропай Е.С., Колев И.Н., Клищенко А.П., Саржев-скнй A.M. Поляризация флуоресценции сложных молекул при световом тушении.—Известия АН БССР, сер. физ.-мат. паук, 1976, т. 20, jV°33, с. 99.

17. Воропай Е.С., Дударев И.А., Клищенко А.П., Саржевский A.M. Исследование двухфотонного поглощения сложных органических молекул. —Вестник ЕГУ, сер. 1, 1977, №2, с. 47.

18. Гайсенок В.А., Дударев И.А., Кадум М.А., Клищенко А.П. Зависимость степени поляризации двухфотонновозбу.кдаемой флуорес-

ценцни от соотношения частот возбуждаемых квантов. —Тезисы докладов V Республиканской конференции молодых ученых. —Минск, Ротапринт ИФ АН БССР, 1978, с. 34.

19. Гайсенок В.А., Дударев H.A., Клищенко А.П. Исследования влияния температуры и вязкости раствора, на характеристики флуоресценции при световом тушении. —Известия АН СССР, сер. фпзпч., 1978, т. 42, №2, с. 405.

20. Гайсснок В.А., Дударев H.A., Кадум М.А., Клтценко А.П. Об особенности поляризованной люминесценции сложных молекул при дпухфотонном возбуждении. —Доклады АН БССР, 1979, т. 23, №1, с.

' 35.

21. Дударев H.A., Кадум М.А., Клищенко А.П. Поляризованная флуоресценция сложных молекул но высоких возбужденных состояний. — Сб.докладов XXVI Всесоюзного совещания по люминесценции. Самарканд, 1979, с. 195.

22. Бутько А.И., Саечников В.А., Клшценко А.П. Анизотропия излучения п поглощения света при двухквантовом возбуждении. —Тезисы доклада Республиканского совещания по спектроскопии и квантовой электронике. Изд-во Вильнюсского университета, 1980, с. 82.

23. Гаисенок В.А., Дударев И.А., Клищенко А.П. Некоторые особенности поляризованной флуоресценции органических молекул из высших электронных состояний при двухквантовом поглощении. Вестник БГУ, сер. 1, 1980, JV°1, с. 42.

24. Рудаков И.Р., Катушенок С.С., Клищенко А.П. Использование импульсного питания ламп в птомао-лосорбцпонзой спектроскопии. — ЖПС, 1982, т. 28, №2, с. 334.

25. Гаисенок В.А., Клищенко А.П., Слободянюк А.И. Обнаружение кумуляции энергии молекул красителя по характеристикам нелинейной коротковолновой люминесценции. —Тезисы докладов V Республиканской конферешш по спектроскопии и квантовой электронике, Вильнюс, 1983, с. 90.

26. Гаисенок В.А., Клтценко А.П., Саржевскнп A.M., Слободянюк А.И. Кумуляция энергии спнглетно- возбужденных молекул родамина 6G в растворах. —Оптика и спектр., 1984, т. 56, №2, с. 371.

27. Гаисенок В.А., Клищенко А.П., Саржевскнп A.M., Слободя-

шок А.И. О механизме двухквантового возбуждения коротковолновой люминесценции красителей. —Оптика и спектроскопия, 1985, т. 59, №2, с. 293.

28. Гайсенок В.А., Клшценко А.П., Слободянюк А.И. Двухфотонное поглощение сложных молекул в области двойного резонанса. —В книге "Теоретическая и прикладная физика" Сб. докладов V Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов, Ленинград, 1986, с. 164.

29. Клшценко А.П., Козлов И.Н., Аль Бекк М.А. Визуальный и фотоэлектрический методы измерения предельных значений степени поляризации лазероного излучения. —Сборник докладов VIII Всесоюзной научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", М., 1990, с. 190.

30. Гайсенок В.А., Грузинский В.В., Клищенко А.П., Сицко Г.Н. Влияние способов получения изотропных растянутых пленок на спектрально-поляризационные характеристики люминофоров. —VI Всесоюзная конференция "Люминофоры 90". Тезисы докладов, Харьков, 1990, с. 24.

31. Аль Бекк М.А., Гайсенок В.А., Козлов Й.Н., Клищенко А.П., Сергеев C.B. Влияние безызлучательного переноса энергии на люминесцентные и. генерационные характеристики растворов красителей. —VI Всесоюзная конференция "Люминофоры 90". Тезисы докладов, Харьков, 1990, с. 42.

32. Аль Бекк М.А., Гкйсенок В.А., Клищенко А.П., Сергеев C.B. Влияние безызлучательного переноса энергии на энергетические и поляризационные характеристики лазера на красителе с поляризованной накачкой. —Препринт ИФ АН РБ, 1991, с. 1.

33. Гкнчеренок И.И., Жвалевский А.В., Клищенко А.П., Козлов И.Н О новой возможности оптического управления поляризацией излуче-ни, ганарируемого растворами сложных молекул. —Письма в ЖТФ 1992, т. 12, №12, с. 28.

34. Gancîieryonolc I.I., Klischenko А.Р., Listopad А.Р. On Spectrun Assumerty in Polarization. Modulation Spectroscopy of the Solutions wit! complex molecules. —In Additional Abstracts of the XIII Int. Conferenc« on Raman Spectroscopy,—Wurzburg, Germany, 1992, p. 76.

. 35. Gancheryonok I.I., Klischenko A.P., Kozlov I.N. Dye laser

with Polarized Optical Pumping: New Possibilities in Controlling the Polarisation and Radiatin Generation Energy. —Australian Conference on Optic Lasers and Spectroscopy, —Melbourne, Austrralia, 1993.

36. Буров Д.И., Жвалевский А.В., Клтценко А.П., Козлов И.Н., Листопад А.П. Влияние поляризации излучения накачки на генерационные характеристики лазера на растворах красителей. —ЖПС, 1993, т. 58, №1 - 2, с. 108.

37. Буров Л.И., Жвалевский А.В., Клшценко А.П., Козлов И.Н., Листопад А.П. Особенности околопороговой генерации растворов красителей при поляризованной накачке. —Вестник БГУ, 1993, сер. 1, JV°1, с. 6.

38. Gaisyonoc V.A., Gancheryonok I.I., Klischenko А.P. and Kushida T. Nonlinear Spectroscopy with Arbitrary Polarization of the Interacting Waves. —In Abstracts of EQEC '93, Firence, Italy, 1993 NP Fr, p. 53.

39. Gancheryonok I.I., Gaisyonoc V.A., Klischenko A.P. Nonlinear Optics Spectroscopy of Media with Light-Induced Anisotropy. —In Abstract of the 16th Congress Int. Commission for Optics. —Budapest, Hungary, 1993.

40. Ганчеренок И.И., Клшценко А.П., Козлов И.Н. Способ деполяризации кваоимонохроматического излучения, Заявка на патент Беларуси № 00093-01, приоритет от 18.1.1993.

41. Буров Л.И., Жвалевский А.В., Клпщенко А.П., Козлов И.Н., Листопад А.П. Влияние поляризации накачки на генерационные харак-'" теристпки лазеров на растворах сложных молекул. —Международная копференцня "Современные проблемы лазерной физики и спектроскопии". —Тезисы докладов, Гродно, 1993, с. 106.

42. Буров Л.И., Жвалевский А.В., Клшценко А.П., Козлов И.Н., Листопад А.П. Процессы формирования поляризованного излучения в жидкостном лазере с изотропным резонатором. —Международная конференция "Современные проблемы лазерной физики и спектроскопии". —Тезисы докладов, Гродно, 1993, с. 104.

43. Клшценко А.П., Козлов И.Н., Слободянюк А.И. Статистический анализ работы двухканального Ъпектрополяриметра. —Вестник БГУ, 1994, сер. физ., №1, с. 28.

Резюме Клищенко Анатолий Петрович Процессы нелинейного оптическох^о возбуждения и их влияние на поляризационные характеристики люминесценции растворов многоатомных молекул

Двухфотонное поглощение, световое тушение, кумуляция энергии, коротковолновая люминесценция, осцилляторная модель, околопороговый режим генерации.

Объект исследования. Нелинейные процессы, их типы и механизмы протекания в растворах многоатомных молекул, возможность использовании для изучения путей дезактивации энергии оптического возбуждения.

Цель работы. Изучение процессов, возникающих при воз-' действии мощного излучения на вещество, разработка спектрально-поляризационной методики определения типов и механизмов нелинейных явлений в молекулярных системах.

Методы исследования и аппаратура. Методы расчета населенности квантовой системы на основе балансных уравнений с помощью матрицы плотности в кваоистацпонарном приближении, визуальный и фотометрический двухлучевой метод измерения степени поляризации; техника спектральных измерений с использованием лазерных источников света.

Теоретические результаты и новизна. Выяснены общие закономерности в механизме двухбайтового возбуждения люминесценции с первого и более высоких возбужденных состояний; разработана оецпллягорная модель для описания поляризационных характеристик сложных молекул при двухквантовом возбуждении; изучены закономерности формирования излучения жидкостных лазеров.

Практические результаты И новизна. Предложена схема формирования электронно-колебательной структуры спектров двух-фотонного поглощения центроспмметрпчных молекул; метод определения направления днпольных моментов переходов; способ управления полярпоациопнымп и энергетическими параметрами излучения жидкостного лазера и получения неполяризованного излучения; методика измерения степени поляризации импульсного излучения.

Рэзюмэ

Клшгчанка Анатоль IIятpoвiч Працэсы нелшейнага аптычнага узбуджэння I ¡х

уплыу на палярЫаацыйныя характэрыстьни люмшесцонцьн растворау шмататамных малекул

Двухфатошгао паглынанне, свстлавоо тушэнне, кумуляция энсргп, караткахвалевая люмшзсцэнцыя, асцылятарная мад-оль, каляпарогавы рэжым гснерацыь

Лб'ект даследвашш. Нолшейныя працэсы, ¡х тыпы i мсхашз-мы утварэння у растворах шмататамных малекул, магчымасць вы-карыстання для даследавання шляхоу дэзактывацьп эпергп аптычнага узбуджэння.

Мота работы. Вывучзнне працэсау, як1я угнпкаюць при уздзеянт магутнага выпраменьвання на рзчыва; распрацоука спектра льна-па л ярызацыйнай мстодыш вызначэння тыпау 1 мехашз-мау нелшейных з'яу у малекулярных сктзмах.

Метады даследвання 1 апаратура. Метады разлку насе-ленасщ кпантавай сктэмы на аснове балансных урауненняу о дапамогай матрицы шчыльнасщ у квазктацыянарным прыбл1жэнш, шоуалыш 1 фотаметрычны двухпраменны мегад вымярзння ступеш палярызадьи; тэхшка спект!>альных вымярэиняу з выкарыстаннем лазерных крынщ святла.

Тэарэтычныя выткл I нав1зна. Высветлены агульныя за-канамернасщ у мехашзме двухкваптавага узбуджэння люмшеецэнцьп з першага 1 болын высоых узбуджаных узроуняу; распрацавана.асцы-лятарная мадэль для апкання палярызацыйных характарыстык склада-ных малекул пры двухквантавам узбуджэнга; вывучаны оаканамернасщ фа])мавання шдуныраванага выпраменьвання ваднасных лазерау.

Практычныя ВЫ1ПК1 1 навгзна. Прапанавана схема фарма-вання электронна-хктальнай структуры спектрау двухфатоннага па-глынання цэнтрааметрычных малекул; метад вызначэння папрамка дыпольных маментау пераходау; спосаб юравання палярызацыйным1 1 энэргетычпым1 параметрам! лазернага выпраменьвання 1 набыцця не-пллярызаванага святла; методика вымяргшпп ступит палирызацьп ¡м-пульснага выпраменьвання.

Summary Klischenko Anatoli Petrovich The processes of nonlinear optical excitation and the influence on the polarization characteristics of the luminescence of multiatomic molecules in the

solutions

Two-photon absorption, light suppression, cumulation of energy, short-wave luminescence, oscillator model, the near-treshold condition of generation.

The object of research. The types and mechanisms of nonlinear processes in the solutions of multiatomic organic molecules, the possibility of studying the ways of disactivation of optical excitation energy.

The purpose of work. The investigation of the processes resulting from the influence of strong radiation on a substance, the development of spectral polarizing methods for defining the types and mechanisms of nonlinear processes in molecular systems.

The methods of research and the devices used. The methods of calculating the quantum system population on the basis of balanced control by means of density matrix in quasistationary approximation; visual and photometric two-beam method for measuring the polarization extend; the techniques of spectral measurements using the laser source of light.

Theoretical results and novelty. General regularities in the mechanism of two-quanta, excitation of luminescence from the first and higher excited states; the oscillator model for the description of polarizing characteristics of polyatomic molecules in two-quanta excitation has been developed; the formation regularities of induced radiation of liquid lasers have been studied.

Practical results and novelty. The system of formation electron-vibrating structure of two-photon absorption spectra in centrally symmetrical molecules has been put forward (proposed); the method of defining the dipole transition (momenta); the means of controlling polarizing and energy parameters of liquid laser radiation and the production of non-polarizing radiation; the methods of measuring the extend impulse radiation polarization.