Photostability enhancement of Pyrromethene 567 and Perylene Orange in oxygen-free liquid and solid dye lasers

Rahn, Mark D.; King, Terence A.; Gorman, A. A.; Hamblett, I.

doi:10.1364/ao.36.005862

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“…The ASE properties of PS films doped with 0.5 wt.% of PDI-C6 are similar to those of films containing PDI-N. 17 DFB lasers based on PDI-C6 have shown a very good laser performance: emission wavelength 10 between 554 to 583 nm (depending on film thickness and grating depth), thresholds of 1 J/pulse, single-mode emission with linewidths below 0.2 nm and photostability half-lives of  10 5 pump pulses under excitation in ambient conditions. 15 The laser properties of PDI-doped solid matrixes have also been investigated by other authors, [18][19][20][21][22][23][24][25][26][27] motivated mainly by the high thermal and photostability of PDIs. In most studies, the commercially available derivatives known as perylene orange (N,N'-di(2,6-diisopropylphenyl)-3,4:9,10-tetracarboxylic 20 diimide, PDI-O, see Fig.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Improved performance of perylenediimide-based lasers

et al. 2013

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The aim of this work was to improve the laser performance, in terms of threshold and operational lifetime, of lasers based on polymer films doped with perylenediimide (PDI) derivatives as active media. For such purpose, we first investigated the amplified spontaneous emission (ASE) properties of perylene orange (PDI-O), when doped into polystyrene (PS) films. Lower ASE thresholds and larger photostabilities than those of similar films containing another PDI derivative (PDI-C6), recently reported in the literature, have been measured. Results have been interpreted in terms of the photoluminescence efficiency of the films, which depends on the type of 10 molecular arrangement, inferred with the help of nuclear magnetic resonance experiments. We also show that PS films have a better ASE performance, i.e. lower thresholds and larger photostabilities, than those based on poly(methyl methacrylate), which was recently highlighted as one of the best matrixes for PDI-O. Finally, a 1D second-order distributed feedaback laser using PS doped with PDI-O, was fabricated and characterized. This device has shown a threshold significantly lower (by around one order of magnitude) than that of a similar laser based on PDI-C6-doped PS.15

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Improved performance of perylenediimide-based lasers

et al. 2013

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“…Only few experiments [40,41,[44][45][46] have been performed in order to prove the formation of 1 O 2 sensitized by rhodamine dyes. This is perhaps surprising in view of the frequently discussed relation between the photostability of xanthene dyes and the presence of 1 O 2 [35,42,[47][48][49][50][51][52][53].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Singlet molecular oxygen photosensitized by Rhodamine dyes: correlation with photophysical properties of the sensitizers

Stracke

Heupel

Thiel

1999

Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

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By measuring its IR phosphorescence the formation of singlet molecular oxygen 1 O 2 photosensitized by rhodamine dyes is directly proved. The 1 O 2 formation rate is compared with that expected from the low probability (≈1%) of intersystem crossing of the photosensitizers. The quantum yield for triplet population and the triplet lifetime of the investigated dyes is measured by using a laser-scanning-microscopy technique. The influence of quenching agents (nitrobenzene and COT) is discussed. It results that the formation of 1 O 2 can be prevented effectively by quenching of the S 1 or T state of the photosensitizer. The influence of the molecular ground-state oxygen 3 O 2 concentration [ 3 O 2 ] is investigated. The presence of the paramagnetic 3 O 2 leads to an increased S 1 →T intersystem crossing rate of the photosensitizers and therefore to a reinforced formation of singlet molecular oxygen. It is found for rhodamine 6G as well as for rose bengal that in air-saturated acetonitrile nearly the half of the excited dye triplets are quenched by molecular oxygen. The 1 O 2 concentration can be significantly reduced by decreasing the 3 O 2 concentration below its air saturated level.

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“…Las eficiencias láser alcanzadas en este trabajo mejoran algunos de los resultados obtenidos anteriormente por otros autores cuando el PM567 es incorporado en matrices inorgánicas e híbridas, por ejemplo, cuando se dopan vidrios de Polycom con PM567, las eficiencias láser recogidas son del 5% y 16% bajo condiciones de desoxigenación y de saturación de aire, respectivamente (23). Sin embargo, también han sido descritas mayores eficiencias para el PM567 en xerogeles, en cuyo caso la eficiencia láser obtenida variaba desde el 29% hasta alcanzar valores del 66%, dependiendo del tipo de cavidad óptica de colorante empleada y de los parámetros de bombeo láser (16,17).…”

Section: Obtención De Nuevos Materiales Híbridos Orgánico-inorgánicosunclassified

“…En el caso que nos ocupa, el resultado mas satisfactorio lo hemos alcanzado con la muestra híbrida P(HEMA/MMA 1/1+ 5%p TEOS), en cuyo caso la emisión láser se mantiene en el 76% de su valor inicial aún después de 60000 pulsos a una velocidad de repetición de 10Hz. Este resultado representa, según nuestro actual conocimiento del tema, la mejor fotoestabilidad láser alcanzada hasta la fecha para el colorante PM567 incorporado en matrices inorgánicas e híbridas, aún cuando éstas últimas hayan sido bombeadas en condiciones más favorables que en nuestro caso, es decir, por bombeo longitudinal y a más bajas velocidades de repetición (1 Hz) (15,21,23). Además, estos resultados suponen una mejora de los tiempos de vida láser del PM567 incorporado a matrices orgánicas, donde la emisión láser de este colorante disuelto en matrices entrecruzadas y lineales de MMA con diferentes co-monómeros y bombeadas bajo las mismas condiciones experimentales mantienen un 80% de emisión láser después de 45000 pulsos a una velocidad de repetición de 10Hz (27).…”

Section: Obtención De Nuevos Materiales Híbridos Orgánico-inorgánicosunclassified

“…Así, se ha llevado a cabo la síntesis simultanea de nuevas matrices híbridas de metacrilato de metilo (MMA) y metacrilato de 2-hidroxietilo (HEMA) como componente orgánico, con diferentes proporciones en peso de tetraetoxisilano (TEOS) como componente inorgánico, a las que se les incorporó el pirrometeno 567 (PM567), como colorante, debido a la excelente eficiencia láser que presenta este colorante tanto en líquido como en sólido (16,21,22) y la buena estabilidad que presenta en materiales polímeros (22,23).…”

Section: -Introducciónunclassified

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Obtención de nuevos materiales híbridos orgánico-inorgánicos fotosensibles utilizables como láseres de colorante en estado sólido

García¹,

Costela²,

García-Moreno³

et al. 2004

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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La síntesis de nuevos materiales de carácter híbrido (orgánico-inorgánico) dopados con colorantes resultan altamente atractivos como medio activo en láseres de estado sólido ya que permiten combinar las excelentes propiedades térmicas que presentan los vidrios inorgánicos con las excelentes propiedades ópticas que presentan los materiales polímeros. Mediante un proceso simultaneo de policondensación sol-gel y de polimerización de la parte orgánica (monómero vinílico ó acrílico con grupos OH), de forma que los grupos -OH del monómero orgánico participen también en el proceso de policondensación, hemos conseguido obtener monolitos válidos para su aplicación como láseres de colorante en estado sólido. Se ha llevado a cabo la síntesis y caracterización de nuevas matrices híbridas incorporando pirrometeno 567 como colorante láser (PM567); combinando polímeros de metacrilato de 2-hidroxietilo (HEMA) y copolímeros de HEMA y metacrilato de metilo (MMA) con diferentes proporciones en peso respecto al componente inorgánico (TEOS). Los primeros resultados obtenidos con estos nuevos materiales demuestran que la presencia de pequeñas proporciones de TEOS en copolímeros de p(HEMA/MMA 1/1) aumentan la estabilidad térmica del colorante mejorando significativamente su acción láser. De hecho, algunos de los resultados alcanzados con estos nuevos materiales mejoran, significativamente, las fotoestabilidades alcanzadas para el PM567 incorporado en otras matrices inorgánicas e híbridas, así como en muchas de las matrices orgánicas seleccionadas como hospedadores para este colorante. Palabras Clave: híbrido orgánico-inorgánico, polímero híbrido, láser de colorante en estado sólido, láser, pirrometeno 567. Synthesis of new photosensitive organic-inorganic hybrid materials used as solid state dye laserThe synthesis of new materials of hybrid character (organic-inorganic) doped with dyes results highly attractive like active medium in solid state laser in which the excellent thermal properties of the inorganic glasses with the excellent optic properties of the polymeric materials could be combined. Through a simultaneous synthesis process of sol-gel policondensation of the inorganic TEOS during the free radical polymerization of the organic part (vinylic or acrylic monomers with OH groups), since the presence of this -OH side groups in the organic monomer can participate in the policondensation process of silanols, hybrids monoliths were able to be obtained as solid-state dye laser matrices. The synthesis and characterization of new hybrid matrices were carried out incorporating pirromethene 567 (PM567) into polymers of 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) and copolymers of HEMA and methyl methacrylate (MMA) with different weight proportions of the inorganic component, tetraethoxysilane (TEOS). The first results obtained with this new materials are indicave that the addition of low proportions of TEOS into the polymer P(HEMA/MMA 1/1) increases its thermal stability reducing the thermal degradation of the dye and, consequently, improving s...

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Photostability enhancement of Pyrromethene 567 and Perylene Orange in oxygen-free liquid and solid dye lasers

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Improved performance of perylenediimide-based lasers

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Singlet molecular oxygen photosensitized by Rhodamine dyes: correlation with photophysical properties of the sensitizers

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