Photophysikalische Charakterisierung von Pyrromethenfarbstoffen eingebettet in Festkörpermatrizen aus Acrylpolymeren

Abstract (German)

In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene photophysikalischen Eigenschaften eines kommerziell erhältlichen und zweier neu synthetisierter Pyrromethen-Laserfarbstoffe (PM567, P5Ac und P10Ac), eingebettet in zwei unterschiedlichen organischen Festkörpermatrizen aus Acryl-Copolymeren sowie gelöst in den entsprechenden flüssigen Monomermischungen untersucht. Die gemessenen Parameter beinhalten ...

Abstract (German)

In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene photophysikalischen Eigenschaften eines kommerziell erhältlichen und zweier neu synthetisierter Pyrromethen-Laserfarbstoffe (PM567, P5Ac und P10Ac), eingebettet in zwei unterschiedlichen organischen Festkörpermatrizen aus Acryl-Copolymeren sowie gelöst in den entsprechenden flüssigen Monomermischungen untersucht. Die gemessenen Parameter beinhalten Wirkungsquerschnittsspektren der Absorption und der stimulierten Emission, die spektrale Quantenverteilung und die Quantenausbeute der Fluoreszenz, die Fluoreszenzpolarisation sowie Fluoreszenzlebensdauer und strahlende Lebensdauer.
Für die Pyrromethene in Polymermatrix wurde der Wirkungsquerschnitt der Absorption aus dem angeregten Zustand durch Messungen der sättigbaren Absorption von Pikosekunden-Laserpulsen bestimmt. Die Photodegeneration wurde unter Pikosekundenpulsanregung hoher Intensität und unter Dauerstrichanregung niedriger Intensität untersucht.

Alle untersuchten Farbstoffe zeigen gute photophysikalische Eigenschaften für den Einsatz in Festkörperfarbstofflasern. Die Fluoreszenzquantenausbeuten sind hoch (80-85%). Die Absorption aus dem angeregten Zustand ist für die verwendete Anregungswellenlänge (527 nm) sehr klein (Absorptionswirkungsquerschnitt < 10^-17 cm^2 ). Entsprechend gering ist die Photodegradation unter intensiven Pikosekundenpulsen, die obere Grenze für die Photodegradation aus höher angeregten Sn-Zuständen liegt um das 4,5-fache unter dem Wert für Rhodamin 6G in vergleichbarer Acrylmatrix. Die Quantenausbeute der Photodegradation aus dem S1-Zustand für die Farbstoffe in Polymermatrix ist mit ca. 10^-5 höher als bei Rhodamin 6G.

Im Rahmen des Forschungsfeldes Festkörperfarbstofflaser werden die bisherigen und derzeitigen Ansätze der Materialentwicklung skizziert, sowie jüngste Ansätze und Erfolge bzgl. Laseremission von Pyrromethenfarbstoffen in verschiedensten festen Wirtsmaterialien dargestellt.

Translation of the abstract (English)

In this work, several photophysical parameters of one commercially available and of two newly synthesized pyrromethene laser dyes (PM567, P5Ac and P10Ac), embedded in two different organic solid matrices of acrylic copolymers and in corresponding liquid monomer solutions, are studied. Determined parameters include absorption and stimulated emission cross-section spectra, fluorescence quantum ...

Translation of the abstract (English)

In this work, several photophysical parameters of one commercially available and of two newly synthesized pyrromethene laser dyes (PM567, P5Ac and P10Ac), embedded in two different organic solid matrices of acrylic copolymers and in corresponding liquid monomer solutions, are studied. Determined parameters include absorption and stimulated emission cross-section spectra, fluorescence quantum distribution, fluorescence quantum yield, fluorescence polarization, fluorescence lifetime and radiative lifetime.
For the pyrromethenes in polymer matrix the excited state absorption cross-section is determined by saturable absorption measurements of picosecond laser pulses. The photodegradation under high-intensity picosecond pulse excitation and under low-intensity cw laser excitation is studied.

All investigated dyes show good photophysical parameters for application in solid-state dye lasers. The fluorescence quantum yields are high (80-85%). The excited state absorption at the applied excitation wavelength (527 nm) is very small (cross-section < 10^-17 cm^2 ). The photodegradation under high-intensity picosecond laser pulses is accordingly small, the upper limit for higher-excited Sn-state photodegradation is 4.5 times below the value for rhodamine 6G in comparable acrylic matrix. The quantum yield of S1-state photodegradation for the dyes in polymer matrix, about 10^-5, is higher than for rhodamine 6G.

In the context of the research field solid-state dye laser the past and present strategies of the material development are outlined, and recent strategies for and achievements of laser emission by pyrromethene dyes in most diverse solid host materials are presented.

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