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染料激光器采用溶于適當(dāng)溶劑中的有機(jī)染料作激光工作物質(zhì)。適用作激光工作物質(zhì)的染料是包含共輒雙鍵的有機(jī)化合物。
染料分子的能級(jí)如圖所示，染料分子能級(jí)的特征可用“自由電子”模型說(shuō)明。復(fù)雜的染料大分子中分布著電子云，電子云中的2n個(gè)電子與勢(shì)阱中的自由電子相似。當(dāng)分子處于基態(tài)時(shí)，2n個(gè)電子填滿n個(gè)最低能級(jí)，每個(gè)能級(jí)為兩個(gè)自旋相反的電子所占據(jù)，總自旋量子數(shù)為零，形成單重態(tài)S0。當(dāng)分子處于激發(fā)態(tài)時(shí)，電子云中有一個(gè)電子處于較高能級(jí)。若此電子自旋方向不變，則總自旋量子數(shù)仍為零，形成S1、S2等單重激發(fā)態(tài)。若此電子自旋反轉(zhuǎn)，則形成T1、T2等三重態(tài)。由選擇定則可知，單重態(tài)和三重態(tài)之間的躍遷是禁戒的。每一個(gè)電子態(tài)都有一組振動(dòng)——轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)。電子態(tài)之間的能量間隔為106m-1量級(jí)，同一電子態(tài)相鄰振動(dòng)能級(jí)間的能量間隔為105m-1，而轉(zhuǎn)動(dòng)子能級(jí)間的能量間隔僅為103m-1量級(jí)。實(shí)際上由于染料分子與溶劑分子頻繁碰撞和靜電擾動(dòng)引起的加寬，使得振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)幾乎相連。因此每個(gè)電子態(tài)實(shí)際上對(duì)應(yīng)一個(gè)準(zhǔn)連續(xù)能帶。
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