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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
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