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106 KAPITEL 4. FLUORESZENZSPEKTROSKOPIE
Abbildung 4.13: Das Farbstoffmolekül stellt ein 4-Niveausystem dar. Die optische
Anregung erfolgt in die S1 oder S2 Bande von wo aus eine schnelle Relaxation in das
unterste Vib/Rot-Niveau von S1 erfolgt. Die Fluoreszenz zu S0 wird beim Lasing
genutzt. I.A. wird ein höherliegendes Vib/Rot-subniveau des S0 erreicht und von
dort erfolgt eine schnelle Relaxation in den Grundzustand.
fällt. Zu jedem elektronischen Niveau gibt es viele Rotations- und Vibrationsniveaus und
durch Stoßverbreiterung entstehen kontinuierliche Banden. Eine Bevölkerung des S1 Niveaus
ist auch durch Pumpen vom S0 in das S2 Niveau (2) mit anschließender schneller (typ.
∼ 10 ps) Relaxation in das untere vibronische S1 Niveau (3,4) möglich. Von dort erfolgt der
optische Übergang in ein Vibrations/Rotationsniveau des S0-Niveaus (5). Dieser Übergang
hat typischerweise Lebensdauern um 10 ns und wird für das Lasing genutzt. Eine Relaxation
in das unterste Vibrations/Rotationsniveau erfolgt innerhalb von typischerweise ∼ 10 ps (6).
Als Konkurrenzprozeß ist auch der Übergang in das Triplett System durch Zustandsmischung
oder Stoß-Energieübertragung möglich (7). Da der Übergang zurück ins Singulett System (9)
verboten ist, dauert dieser sehr lang (100 ns - 1 ms) und führt zur Entvölkerung der für das
Lasing zur Verfügung stehenden Molekülniveaus. Auch eine Anregung innerhalb des Triplett
Systems ist möglich (8), allerdings meist ungewünscht, da dies u.U. erzeugtes Fluoreszenzlicht
absorbiert. Über die Zeit gelangt ein beträchtlicher Anteil der Farbstoffmoleküle ins Triplett-
System. Diese Moleküle benötigen Zeit um in den Singulett Grundzustand zurückzukehren.
Laserfarbstoff wird daher in Kreisläufen umgepumpt, so daß ein Molekül erst nach mehreren
Sekunden wieder in den Pumplaserstrahl gelangt. Zu diesem Zeitpunkt befindet es sich
bereits wieder im Grundzustand. Zudem erlaubt das Umpumpen eine effiziente Kühlung der
Farbstofflösung.