Vorlesungsskript Physik IV - Walther Meißner Institut - Bayerische ...

Abschnitt 6.4 PHYSIK IV 233natürlicheBreiteE i2ω 0ω 0-kvω 0+ kv-k+ kDopplerBreiteE kvωAbbildung 6.14: Zur Veranschaulichung der dopplerfreien Zwei-Photonen-Absorption.Dopplerverbreiterung kann bei der Zwei-Photonen-Absorption umgangen werden. Ein stehendes Laserfeldin einem Resonator ist aus Photonenströmen mit Wellenvektoren k und −k aufgebaut. Für dieAbsorption von zwei gegenläufigen Photonen ergibt sich in diesem Fall(¯hω 1 = ¯hω 0 1 + v )(c¯hω 2 = ¯hω 0 1 − v )cund (6.4.58), (6.4.59)wobei v die axiale Geschwindigkeit des Photons bezeichnet. Damit ist aber∆E = ¯hω 1 + ¯hω 2 = 2¯hω 0 (6.4.60)Die Geschwindigkeit der Atome tritt nicht mehr in Erscheinung, so dass alle Atome unabhängig von vdiesen Prozess durchführen können (siehe Abb. 6.14). Für alle Atome ist das eine Photon genausoweitrot- wie das andere blauverschoben. Dies führt zu einer sehr intensiven Absorptionslinie, deren Breite dernatürlichen Lebensdauer des angeregten Niveaus entspricht. Die daraus entstehende scharfe Zentrallineist einer breiteren Zwei-Photonen-Absorptionslinie, die von Prozessen mit k 2 ≠ −k 1 herrührt, überlagert.Für Zwei-Photonen-Prozesse gelten andere Auswahlregeln. Es ist daher z.B. möglich die 1s nach 2sÜbergänge im Wasserstoff zu beobachten. Da dies dopplerfrei geschieht, kann man daraus so wesentlicheInformationen, wie die Lamb-Verschiebung (vergleiche Abschnitt 4.4), die Rydberg-Konstante oder dieIsotopieverschiebung sehr exakt bestimmen. 2222 Solche Arbeiten werden in der Arbeitsgruppe von T.W. Hänsch am Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching, durchgeführt.2003