Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik [2004]

14 Lasersysteme 293
geringerer Wahrscheinlichkeit erfolgen die Übergänge in das S0(v = 4)- bzw.
S0(v = 2)-Niveau. Analog zur Absorption ist folglich auch die Emission breitbandig
mit einem Maximum bei der Photonenenergie hν = ∆Ee.
Bei genügend hoher Pumpintensität kann zwischen dem Niveau S1(v =
0) und den höheren Vibrations-Rotations-Niveaus S0(v = l mit l > 1)
eine Besetzungsinversion aufgebaut werden. Die Niveaus S0(v = l) weisen
bei Raumtemperatur wegen des kleinen Boltzmann-Faktors exp(−E(v =
l)/kT ) eine vernachlässigbare Besetzung auf. Sobald die Verstärkung auf
einem Übergang S1(v = 0) → S0(v = l) dieVerlusteüberwiegt, startet
die Laseroszillation. Dadurch wird das untere Laserniveau S0(v = l) besetzt,
welches aber innerhalb einiger ps durch Stöße mit den Lösungsmittelmolekülen
in den S0(v = 0)-Zustand entleert wird. Da auch dieser Prozess
strahlungslos ist, fällt die gesamte Überschussenergie ∆Ea − ∆Ee als Wärme
an.
14.1.7 Laseraufbau
Anregung durch Blitzlampen. Farbstofflaser werden optisch gepumpt;
die Verwendung von Blitzlampen führt zu relativ ökonomischen Konstruktionen.
Dabei werden spezielle koaxial um eine zylindrische Laserküvette
angeordnete Lampen mit kurzen Anstiegszeiten (100 ns) und Impulsdauern
verwendet, von denen Laserpulse von 0,1–3 µs Dauer erzeugt werden. Diese
Blitzlampen bestehen aus einem Doppelzylinder; in dem inneren Zylinder
befindet sich die Farbstofflösung und in der Wandung der Entladungskanal.
Die Pumpenergien betragen 50–500 J. Daneben werden auch lineare Xe-Blitzlampen,
ähnlich wie bei den Festkörperlasern, eingesetzt. Wegen der Besetzung
des Triplettzustands sind kurze Pumppulse notwendig.
Die Ausgangsleistung handelsüblicher Farbstofflaser mit Blitzlampen kann
bis zu 10 8 W betragen, die Pulsenergie einige Joule (Tabelle 14.4). Die Pulsfolgefrequenzen
liegen im Bereich von 1–100 Hz. Es ist notwendig, die optisch
Tabelle 14.4. Eigenschaften von Farbstofflasern mit verschiedenen Pumpquellen.
Die zitierten Abstimmbereiche werden bei der Verwendung mehrer Farbstoffe erreicht
Pumpe mittlere
Leistung
Spitzenleistung
Pulsdauer Linienbreite
Blitzlampe 100 W 10 5 W 1–10 µs Multim.: 10 −1 –10 −2 nm
Monom.: 10 −4 nm
Nd:YAG
(532; 355 nm)
1W 10 6 W 10 ns 100 MHz
N2-Laser 1 W 10 5 W 1–10 ns Fourier-begrenzt
Eximerlaser 10 W 10 7 W 1–10 ns
cw-Ar + -Laser 20 W kont. < 1MHz