ULTRAHIGH-RESOLUTION SPECTROSCOPY OFDIBENZOFURAN S1S0 TRANSITIONSHUNJI KASAHARA1, Michiru Yamawaki1, and Masaaki Baba21) Molecular Photoscience Research Center, Kobe University, Japan2) Graduate School of Science, Kyoto University, Japan
benzene-3
J
K
c(z)
DF-figure1
J
Kc
c
a
oblate symmetric top
A=B>C
b(z)
nap2
near prolate asymmetric top
A>B~C
J
Kc
a(z)
b
c
Motivation for the Measurement of Excited Statesby Doppler-Free / Sub-Doppler High Resolution Spectroscopy
Rotational-resolved high-resolution spectrum in UV-VIS region
Regularity
of rotational lines
Molecular constants
in high accuracy
Anomalies
 of rotational lines
  Line position (energy shift)
  Line width  (broadening)
  Zeeman effect (splitting)
Assignments of rotational transitions
Molecular structure
Dynamical process
Nd:YVO4 Laser; Millenia Xs
Magnet
Ar gas
Pulse
nozzle
Sample
Filter
UV laser
Etalon marker
PD
I2  cell
Lock-in Amp.
EOM
PD
Skimmer
Slit(1 mm)
Vac. pump
Vac. pump
PM
Ring Dye Laser; CR699-29
UV Laser  Molecular Beam
Single-mode Laser
Absolute Wavenumber Measurement System
Doubling Cavity;WavetrainSC
Computer
Computer
Photon Counter
Accuracy 0.0001 cm-1
  0.0001 cm-1
Ultrahigh-resolution UV spectroscopy in molecular beam
Liq. N2
Trap
(FWHM)  0.0005 cm-1
Etalon
PBS
PD
λ/4
PZT
YAG Laser
Error Signal Generator
19MHz Oscillator
EOM
PBS
Error Signal Generator
19MHz Oscillator
I2 stabilized
YAG laser
I2 Cell
PD
PBS
PC
Stabilized
Etalon
EOM
PD
Laser
EOM
30MHz Oscillator
444-絶対波数
Frequency Marker (each 30 MHz)
Nd:YVO4 Laser; Millenia Xs
Magnet
Ar gas
Pulse
nozzle
Sample
Filter
UV laser
Etalon marker
PD
I2  cell
Lock-in Amp.
EOM
PD
Skimmer
Slit(1 mm)
Vac. pump
Vac. pump
PM
Ring Dye Laser; CR699-29
UV Laser  Molecular Beam
Single-mode Laser
Absolute Wavenumber Measurement System
Doubling Cavity;WavetrainSC
Computer
Computer
Photon Counter
Accuracy 0.0001 cm-1
  0.0001 cm-1
Ultrahigh-resolution UV spectroscopy in molecular beam
Liq. N2
Trap
(FWHM)  0.0005 cm-1
11010014
Chopper
PBS: Polarization
          Beam splitter
I2 Cell
PBS
PBS
Laser
Photo
-diode
Photo
-diode
444-絶対波数
Doppler-free absorption spectrum of I2
Absolute wavenumber of each I2 hyperfine line can be obtained from
“Doppler-free High Resolution Spectral Atlas of Iodine Molecule 15000 to 19000 cm-1
in accuracy of 0.0001 cm-1.
atlas
Nd:YVO4 Laser; Millenia Xs
Magnet
Ar gas
Pulse
nozzle
Sample
Filter
UV laser
Etalon marker
PD
I2  cell
Lock-in Amp.
EOM
PD
Skimmer
Slit(1 mm)
Vac. pump
Vac. pump
PM
Ring Dye Laser; CR699-29
UV Laser  Molecular Beam
Single-mode Laser
Absolute Wavenumber Measurement System
Doubling Cavity;WavetrainSC
Computer
Computer
Photon Counter
Accuracy 0.0001 cm-1
  0.0001 cm-1
Ultrahigh-resolution UV spectroscopy in molecular beam
Liq. N2
Trap
(FWHM)  0.0005 cm-1
01010002
01010004
01010006
PM
Magnet
Laser
A
A
B
B
Skimmer
Pulse nozzle
Sample
Pole peace
Pole peace
Slit
Molecular Beam
Liq. N2trap
Liq. N2trap
444-絶対波数
Marker etalon (stabilized by I2 stabilized YAG laser)
Doppler-free absorption spectrum of I2
Rotational-resolved high-resolution spectrum of Dibenzofuran
Ultrahigh-resolution spectrum of 000+ 443 cm-1 band
S0_LF
          S1←S0 spectrum of dibenzofuran in a molecular beam   (resolution : 0.2 cm-1)
DF
dibenzofuran
00-444
Ultrahigh-resolution spectrum of 00and 00+ 443 cm-1 band
B-type transition
A-type transition
DFMO47'
DFMO46'
DFMO45'
Ψ47
B1
Ψ46
Ψ45
Ψ44
A2
B1
A2
Ψ43
B1
Ψ42
A2
DFMO44'
DFMO43'
DFMO42'
HOMO
LUMO
2nd LUMO
2nd HOMO
34087(+443 cm-1)
1A1
1A1  ( S)
1B2  ( S)
1A1  ( S)
Hvibronic
A-type
ΔKa = 0
B-type
ΔKa =±1
E (cm-1)
0
33644
41000
HOMOLUMO
Electronic excited states of dibenzofuran molecule
指標表
y(a)
z(b)
O
00-444
Ultrahigh-resolution spectrum of 00and 00+ 443 cm-1 band
0-0_lowKR
Ultrahigh-resolution spectrum of 000 band  (P lines)
Obtained Molecular Constants of S1 and S0 States of dibenzofuran
 
S0 1A1 (v=0)
S1 1A1 (v=0)
A  (cm-1)
0.0759913(10)
0.07527912(81)
B
0.02005071(65)
0.01982969(29)
C
0.01586638(57)
0.01569587(17)
DK (×10-8)
3.67(22)
3.33(19)
DJK (×10-8)
-3.43(15)
-3.328(70)
D(×10-9)
5.20(27)
5.374(88)
δ(×10-7)
3.26(11)
3.106(21)
δ(×10-9)
1.79(13)
2.102(49)
κ
-0.86091
-0.86124
Ia (×10-46 kg m2)
36.83678
37.18528
Ib
139.60976
141.16584
Ic
176.42807
178.34467
 = Ic- Ia- Ib
-0.01847
-0.00644
T0  (cm-1)
-
33644.347663(66)
standard deviation
-
0.00059
fitted lines
-
4835 lines
assigned lines
-
5032 lines
band type
-
B type
00-444
Ultrahigh-resolution spectrum of 00and 00+ 443 cm-1 band
444_QR
Ultrahigh-resolution spectrum of 00+ 443 cm-1 band  (Q lines)
S0_LF
          S1←S0 spectrum of dibenzofuran in a molecular beam   (resolution : 0.2 cm-1)
DF
dibenzofuran
Ultrahigh-resolution spectrum of higher vibrational band
Obtained Molecular Constants of S1 and S0 States of dibenzofuran
 
S0 1A1 (v=0)
S1 1A1 (v=0)
S1 1A1 (b2:v55=1)
(00+ 443 cm-1)
S1 1A1
(00+ 857 cm-1)
S1 1A1
(00+ 1149 cm-1)
S1 1A1
(00+ 1321 cm-1)
A  (cm-1)
0.0759913(10)
0.07527912(81)
0.07509478(55)
0.07520210(95)
0.0750354(15)
0.0745546(53)
B
0.02005071(65)
0.01982969(29)
0.01985611(25)
0.01983592(28)
0.0198581(50)
0.01987367(51)
C
0.01586638(57)
0.01569587(17)
0.01571066(20)
0.01570413(15)
0.01570651(27)
0.01571172(26)
DK (×10-8)
3.67(22)
3.33(19)
3.24(12)
3.12(20)
-
2.81(41)
DJK (×10-8)
-3.43(15)
-3.328(70)
-3.099(58)
-3.224(71)
-
-1.099(78)
D(×10-9)
5.20(27)
5.374(88)
4.826(82)
5.763(61)
-
5.83(21)
δ(×10-7)
3.26(11)
3.106(21)
2.976(27)
3.474(16)
-
2.830(52)
δ(×10-9)
1.79(13)
2.102(49)
1.628(57)
1.964(34)
-
2.24(12)
κ
-0.86091
-0.86124
-0.86039
-0.86111
-0.86005
-0.85854
Ia (×10-46 kg m2)
36.83678
37.18528
37.27656
37.22336
37.30606
37.54664
Ib
139.60976
141.16584
141.97801
141.12150
140.96388
140.85344
Ic
176.42807
178.34467
178.17678
178.25087
178.22386
178.14676
 = Ic- Ia- Ib
-0.01847
-0.00644
-0.07778
-0.09399
-0.04608
-0.23532
T0  (cm-1)
-
33644.347663(66)
34087.498758(52)
34501.877194 (82)
34794.46442(13)
34965.918929(98)
standarddeviation
-
0.00059
0.00034
0.00054
0.00068
0.0010
fitted lines
-
4835 lines
2904 lines
2449 lines
135 lines
999 lines
assigned lines
-
5032 lines
3047 lines
2529 lines
140 lines
1048 lines
band type
-
B type
A type
A type
A type
A type
0-0_zeemanR
Zeeman broadening of 000 band
JK依存
ZSKc2
ZSJ
2
K= 0
K=
KJ
K=0 
DF-figure
J
c
Kc
a
m
Magnetic moment is along to c-axis.
                                                 (out of plane)
磁場式
(JK) dependence of the observed Zeeman splittings
ZS
-MJ
MJ
ben
J
K
c(z)
DF-figure1
J
Kc
a
b(z)
nap2
J
Kc
a(z)
b
Zeeman interaction
c(y)
c(x)
All these molecule,
(i) the order of magnitude of Zeeman Splitting is the same.
(ii) the J- and K-dependences are the same. ZS  (Kc)2,   ZS  J
Magnetic moment is along to c-axis. (out of plane)
The magnetic moment comes from the orbital angularmomentum of electrons, not from the triplet state!
          Rotationally resolved ultrahigh-resolution spectra of jet-cooled dibenzofuran(DF) for the 000 and several vibronic bands up to 000 + 1335 cm-1  band have beenobserved.  Several thousand lines were assigned and these molecular constantswere determined.
          The S1 state is assigned to be the 1A1 ( *) state.  The intensity arises from thevibronic coupling with the S2 1B2 state.
  The Zeeman broadenings of the rotational lines were also observed, and the J,K-dependence were studied.  As a result, the observed Zeeman effects could beexplained to be originating from the magnetic moment of the S1 1A1 stateinduced by mixing with S2 1B2  state by J-L coupling,  which suggests thatrotationally resolved levels are not mixed with a triplet state largely.
Summary
Thank you for your attention !
DF-figure
band
+443 cm-1 band
A type
 ΔK= 0, ±2, ・・・
 ΔKc = ±1,±3, ・・・
B type
 ΔKa =±1,±3, ・・・
 ΔK= ±1,±3, ・・・
C type
  ΔKa ±1,±3,・・・
  ΔKc 0, ±2,・・・
J
c
Kc
a
b
Ka
Δ1, 0, 1
Calculated spectrum of  00band
S2
 S1←S0 and S2←S0 spectrum of dibenzofuran in a molecular beam   (resolution : 0.2 cm-1)
S1←S0
S2←S0
444_PR
Ultrahigh-resolution spectrum of 00+ 443 cm-1 band  (P lines)
Doppler-free absorption spectoroscopy
of iodine molecule
11010014
Chopper
PBS: Polarization
          Beam splitter
I2 Cell
PBS
PBS
Laser
Photo
-diode
Photo
-diode
04260016
CW single-mode dye laser
Single mode
UV laser beam
11010019
Doubling cavity