Volltext - Fachbereich Physik - Universität Hamburg

2 Eigenschaften des Ytterbium-Ions
Gegenstand dieser Arbeit sind spektroskopische Messungen an einfach positiv
geladenen Ytterbium-Ionen mit den Nukleonenzahlen 171, 172 und 174. Dieses Kapitel
beschreibt die relevanten spektroskopischen Eigenschaften des Yb + -Ions. Es werden
insbesondere zwei Übergänge hoher Güte betrachtet, ein magnetischer Dipol- und ein
elektrischer Quadrupolübergang. Sie bilden die Grundlage der später beschriebenen
mikrowellen-optischen und opto-optischen Doppelresonanzmessungen.
2.1 Das Termschema des Ytterbium-Ions
Ytterbium ist ein Metall der seltenen Erden und gehört zur Gruppe der Lanthaniden. Im
Grundzustand hat Yb + einen mit 68 Elektronen abgeschlossenen Rumpf mit
Gesamtdrehimpuls und Gesamtspin Null und ein Valenzelektron in der 6s-Schale. Es
ergibt sich ein alkaliähnliches Spektrum.
In umfassenden experimentellen und theoretischen Arbeiten wurde das Spektrum des
einfach ionisierten Ytterbiums untersucht. Meggers klassifizierte anhand des
Bogenspektrums etwa 4000 Emissionslinien [MEG67]. Fawcett und Wilson
berechneten numerisch die dazugehörigen Oszillatorstärken und Lebensdauern
[FAW91]. Abb. 2.1.1 zeigt den relevanten Auszug aus dem Termschema des Yb + -Ions.
Die entsprechenden Lebensdauern und Wellenlängen sind Tabelle 2.1.1 zu entnehmen.
Der Grundzustand 2 S1/2 unterliegt LS-Kopplung, ebenso die vier energetisch
nächsthöheren Zustände. Der Zustand 2 F7/2 entsteht durch Innerschalenanregung. Ein
Elektron der 4f-Schale füllt die 6s-Schale auf. Dieser Zustand kann nur durch einen E3-
Übergang in den Grundzustand zerfallen. Es ergibt sich die Lebensdauer von etwa 10
Jahren [ROBE97]. Die mit eckigen Klammern gekennzeichneten Zustände unterliegen
der im Anhang B beschriebenen JK-Kopplung.
Die Anregung der Resonanzlinie 2 S1/2↔ 2 P1/2 ermöglicht den Nachweis und die optische
Kühlung des Ions. Zerfälle des 2 P1/2-Niveaus in das metastabile Niveau 2 D3/2 lassen die