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4.9. PUMP-PROBE TECHNIKEN 139
4.9 PUMP-PROBE TECHNIKEN
Abbildung 4.38: Prinzip eines Pump-probe Experiments[Rutz96]
Die Dynamik der chemischen Bindung molekularer Systeme findet auf einer Zeitskala im
Bereich von einigen 10 fs bis zu einigen Pikosekunden statt [Port95]. Die Spektroskopie mit
Ultrakurzpuls-Lasern bietet eine faszinierende Möglichkeit, diese Dynamik quasi in Echtzeit
zu beobachten. Parallel zu dieser Entwicklung konnten quantentheoretische Rechenverfahren
entwickelt und verfeinert werden, die diese Beobachtungen mit hoher Präzision beschreiben
bzw. voraussagen können. Auch ultraschnelle Phänomene können so detailliert studiert werden
[Zewa94]. In der Pump-probe Spektroskopie wird ein System (z.B. ein Molekül oder ein Cluster)
mit einem ersten Wellenpuls präpariert (pump) und nach einer variablen Zeit mit einem
zweiten Puls abgetastet (probe). Etwas genauer kann man sagen, daß in gebundenen und
nichtgebundenen Zuständen Wellenpakete durch kohärente Überlagerung mehrerer stationärer
quantenmechanischer Eigenzustände erzeugt werden. Die nachfolgende Propagation dieser
zum Zeitpunkt des Pumppulses lokalisierten Pakete wird durch den probe-Puls abgetastet.
Speziell die Arbeiten von A. Zewail (Chemie-Nobelpreis 1999) waren wegweisend für die
Untersuchung der molekularen Dynamik der chemischen Bindung in der Zeitdomäne [Rosk88].
Diese Art der Analyse bezeichnet man auch als Laser Femtochemistry [Zewa88].
Abbildung 4.38 zeigt zwei mögliche Varianten der Pump-probe Technik. Bei der zwei-Photonen
Ionisation (two photon ionization, TPI,links) wird durch Absorption des ersten Photons hν1
(pump) ein langlebiger angeregter Zustand populiert, von dem aus die Ionisation des Moleküls
durch Aufnahme des zweiten Photons (probe, hν2) erfolgt. Stimmt man die Pumpwellenlänge