Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik [2004]

Abb. 14.10. Energieniveau eines organischen Farbstoffmoleküls
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2. zwischen benachbartem Vibrationsniveaus innerhalb eines elektronischen
Zustands ∆E � 1500 cm −1 ;
3. zwischen benachbarten Rotationsniveaus innerhalb desselben Vibrationszustands
∆E � 15 cm −1 .
In einer Farbstofflösung sind die dicht liegenden Rotations-Schwingungs-
Niveaus infolge der Wechselwirkung von Farbstoffmolekülen mit Lösungsmittelmolekülen
so stark stoßverbreitert, dass sie sich überlappen. Dies hat
Absorptions- bzw. Emissionsbanden zur Folge.
Das Termschema eines Farbstofflasers, wie es in Abb. 14.10 dargestellt
ist, entspricht einem Vierniveaulaser. Die prinzipiellen Eigenschaften eines
vielatomigen Farbstoffmoleküls bezüglich Laseraktivität können auch am einfachen
Termschema eines zweiatomigen Moleküls, wie es in Abb. 14.11 gezeigt
wird, diskutiert werden.
In Abb. 14.11 sind die Potentiale des elektronischen Grundzustands S0
und des ersten angeregten Zustands S1 in Abhängigkeit des Kernabstands r
dargestellt. ZusätzlichsindinbeidenelektronischenZuständen einige Vibrationsniveaus
v mit den zugehörigen Aufenthaltswahrscheinlichkeiten Wi(r)
für die beiden Kerne eingezeichnet. So ist z.B. der wahrscheinlichste Kernabstand
r für das Vibrationsniveau ν =0desS0-Zustands r = r0, während
er für das (v = 0)-Niveau des S1-Zustands bei r = r1 >r0 liegt. Da bei
Raumtemperatur die Energiedifferenz zwischen zwei benachbarten Vibrationsniveaus
wesentlich größer ist als die thermische Energie kT, ist praktisch
nur das Niveau v =0imS0-Zustand besetzt. Durch Absorption eines
Pumpphotons gelangt das Molekül vom S0(v = 0)-Zustand in ein höheres
Vibrations-Rotations-Niveau (v > 0) des S1-Zustands. Welches Niveau v
dabei bevorzugt angeregt wird, bestimmt das Franck-Condon-Prinzip, welches
sowohl für den Absorptions- wie auch für den Emissionsprozess zwei
Aussagen macht: