Volltext - Fachbereich Physik - Universität Hamburg

Einleitung 7
Lichtfeld hinreichend schmalbandig, wird das Anregungsspektrum durch ein Lorentz-
Profil beschrieben, dessen Halbwertsbreite durch die natürliche Linienbreite gegeben ist.
Für hohe Intensität des anregenden Lichtfeldes wird die Lebensdauer des angeregten
Zustandes durch stimulierte Emission verkürzt und das Lorentz-Profil verbreitert. Dieser
Effekt wird als Leistungsverbreiterung bezeichnet.
Werden zwei dipolerlaubte Übergänge durch zwei anregende Lichtfelder Λ-förmig
(entsprechend der Lage der Niveaus im Termschema) gekoppelt und bleibt die Summe
der Besetzungen der drei atomaren Zustände erhalten, zeigt das Anregungsspektrum bei
gleicher Verstimmung der Lichtfelder bezüglich des gemeinsamen Niveaus einen
Einbruch, die sogenannte Dunkelresonanz [HÄN69,ALZ76,ORR79]. Die
Übergangsamplituden der beiden angeregten Übergänge interferieren destruktiv. Das
Atom absorbiert kein Licht mehr und kann demnach auch kein Licht emittieren. Es wird
transparent.
Werden ein starker Dipolübergang und ein schwacher dipolverbotener Übergang zu
einem metastabilen Niveau durch zwei anregende Lichtfelder V-förmig gekoppelt, zeigt
die Resonanzfluoreszenz eines einzelnen Ions eine bemerkenswerte Eigenschaft. Die im
Vergleich zur Anregungsrate des starken Übergangs selten auftretenden Absorptionsakte
des schwachen Übergangs schalten die Resonanzfluoreszenz des starken Übergangs aus.
Während der Besetzungsdauer des metastabilen Niveaus kann kein Licht an dem starken
Übergang gestreut werden. Erst ein Emissionsakt auf dem schwachen Übergang schaltet
die Resonanzfluoreszenz wieder ein. Beim einzelnen Ion zeigt sie statistisch verteilte
Hell- und Dunkelzeiten, deren Wechsel jeweils einen Bohrschen Quantensprung auf
dem schwachen Übergang anzeigt. Dieses Prinzip wird als Quantenverstärkung
bezeichnet. Es wurde 1975 von Dehmelt [DEH75]vorhergesagt und 1986 experimentell
bestätigt [NAG86,SAU86,BER86]. Die Aufzeichnung der Quantensprungrate in
Abhängigkeit von der Verstimmung des den schwachen Übergang anregenden
Lichtfeldes ergibt das Anregungsspektrum. Es wird möglich, Spektren von atomaren
Resonanzen zu vermessen, deren Zerfallsrate so gering ist, daß ihre Anregung nicht
durch Beobachtung der Fluoreszenz auf diesem Übergang nachweisbar ist. Es können
feinste spektrale Strukturen aufgelöst werden, beispielsweise die durch die
Säkularbewegung des Ions verursachten Bewegungsseitenbänder.