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halten. Herrn Prof. Horst Geckeis gebührt mein Dank für die stete Unterstützung und die Freistellung von meiner Tätigkeit im INE während der Vorlesungsstunden. Herrn Markus Fuß, Herrn Michael Steppert und Herrn Dr. Thorsten Stumpf danke ich für die kritische Durchsicht des Skripts. Last but not least danke ich meiner Frau Petra, meinem Sohn Daniel und meiner Tochter Julia, die mich viel zu viele Abende und Wochenenden hauptsächlich vor dem Rechner beobachten mußten. Nach diesem Vorwort bleibt mir nur noch, viel Spaß bei der Lektüre zu wünschen. Karlsruhe im SS 2010, C.W.
Einleitung Laser sind ein unverzichtbares Werkzeug in Physik und Chemie, mit einem breiten Anwendungsspektrum. Neben der ursprünglichen spektroskopischen Ausrichtung als monochromatische Lichtquelle, dienen sie heute auch so verschiedenen Zielen wie der Material-Desorption, der hochpräzisen Abstandsmessung oder der Bereitstellung von Frequenznormalen in der Metrologie. Mit Anwendungen wie dem CD/DVD-Player und -Brenner oder Laserpointern hat der Laser Einzug in praktisch jedes Wohnzimmer gehalten. Der inzwischen umsatzstärkste Lasertyp, der Halbleiterlaser, hat die Datenübermittlung revolutioniert. Optische Glasfasernetze wären ohne ihn nicht möglich. In der Wissenschaft wurden Arbeiten zum Laser sowie darauf aufbauende Techniken mehrfach mit Nobelpreisen ausgezeichnet. So erhielten Townes, Basov und Prokhorov 1964 den Nobelpreis für Physik für die Entdeckung des Laser (Maser)-Prinzips. 1971 wurde der Preis an Gabor für die Technik der Holographie verliehen. Die Entwicklung nichtlinearer Laser-Methoden wurde 1981 mit dem Nobelpreis an Bloembergen und Schalow gewürdigt. Letzterer wurde insbesondere durch grundlegende Arbeiten zur Theorie des Lasers bekannt, speziell zur Berechnung der Lasing-Schwelle. Chu, Cohen-Tannoudji und Phillips wurden 1997 für Methoden zur Laser-Kühlung von Atomen und für die Realisierung Laser-basierter Atomfallen ausgezeichnet. An Alferov und Kroemer erging der Preis 2000 für Arbeiten zum Halbleiterlaser. Und 2001 erhielten Cornell, Ketterle und Wieman den Preis für die erste experimentelle Realisierung eines Bose Einstein Kondensats, eine Arbeit die die Abkühlung eines atomaren Gases in einer Atomfalle auf einige 100 nanoKelvin erforderte, ein Wert der nur mittels Laserkühlung erreichbar ist. Auch ein Nobelpreis für Chemie wurde für Arbeiten mit Lasern vergeben. 1999 erhielt Zewail den Preis für seinen direkten Nachweis des Übergangszustandes chemischer Reaktion mittels fs-Lasern. Dieses Skript soll einen Überblick der derzeit wichtigsten Methoden in der Chemie vermitteln. Hierzu werden am Anfang die Geschichte (§ 1) und die Grundlagen (§ 2) der Lasertechnik sowie zum Verständnis wichtige Aspekte der Optik besprochen. Eine Auswahl gängiger Lasertypen wird im Detail behandelt, allerdings erfolgt die Beschreibung dieser Laser nicht in einem eigenen Kapitel sondern im Rahmen je einer typischen Anwendung. Insgesamt ist diese Vorlesung nach Anwendungen gegliedert. Beginnend mit Techniken der Lichtstreuung (§ 3) folgen lineare Methoden (§ 4), z.B. Fluoreszenzspektroskopie, Kurzpuls- Anwendungen, Laser in der Kernenergie (§ 5), Kopplung mit massenspektrometrischen Methoden (§ 6), Plasmaerzeugung und -spektroskopie (§ 7), Infrarot- und Schwingungsspektroskopie (§ 8) insbesondere Fernerkundungsmethoden (LIDAR). Auch anwendungsnahe Gebiete wie Laser in der Medizin, Vermessung und Materialbearbeitung werden angesprochen sowie ein Blick in die Zukunft der Lasertechnologie gewagt (Fusionslaser). Alle grundlegenden Methoden werden anhand von Beispielen diskutiert. Einen besonderen Schwerpunkt bilden Techniken 3
Seite 2 und 3: ii INHALT Inhalt 0 Vorwort 1 1 Einl
Seite 4 und 5: iv INHALT 7.3 Analytik im Laserplas
Seite 8 und 9: 4 KAPITEL 0. VORWORT die in der Act
Seite 10 und 11: 6 KAPITEL 1. EINLEITUNG 1954 Basov
Seite 12 und 13: 8 KAPITEL 1. EINLEITUNG Halbleiter
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248 LITERATUR metry: An alternative
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256 GLOSSAR f Brennweite einer Lins
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258 GLOSSAR P Parität, Symmetrie g
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Index Übergang erlaubt, 98 verbote
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268 INDEX Laserablation, 186, 191 L
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