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

234 R. GROSS Kapitel 6: Übergänge zwischen EnergieniveausIntensitätLaser-LinieLinienbreitenatürlicheLinienbreiteTransmissionnachSättigungspektralesLochωωAbbildung 6.15: Prinzip der Energieselektion beim spektralen Lochbrennen. Durch Einstrahlen schmalbandigenLaserlichts werden nur die Atome, deren Übergangsfrequenzen ω um weniger als dienatürliche Linienbreite δω von der Laserlichtfrequenz ω 0 abweichen, angeregt. Bei anschließender Messungder Transmission stellt man die Existenz eines spektralen Lochs fest, welches in Echtzeit untersuchtwerden kann.6.4.9 Vertiefungsthema:Spektrales LochbrennenEine weitere Möglichkeit, dopplerfreie Spektroskopie zu betreiben, ist das spektrale Lochbrennen, welchesvor allem bei Molekülen und Polymeren zum Einsatz kommt. Neben der Dopplerverbreiterungtreten dort noch statische, d.h. von der Temperatur unabhängige inhomogene Verbreiterungen auf. Dieseberuhen darauf, dass die einzelnen Moleküle, bzw. deren Atome in der Lösung oder im Festkörperverschiedenen Umgebungen ausgesetzt sind, was zu leichten Veränderungen der Übergangsfrequenzenführt.Beim spektralen Lochbrennen wird das System mit einer schmalbandigen sehr intensiven Lichtquellebestrahlt. Diejenigen Atome, die auf Grund ihrer Umgebung bzw. Geschwindigkeit in der Lage sind, dieLichtquanten zu absorbieren, gehen in den angeregten Zustand über. In anderen Worten: es wird eine ganzbestimmte Gruppe von Atomen über die Energie der Übergänge selektiert. Die Energieselektion kann dabeinicht besser sein, als es die natürliche Linienbreite der Übergänge zulässt. Das Grundzustandsniveauwird durch die Absorption entvölkert. Das System ist für die entsprechenden Farben ausgebleicht, d.h. esentsteht ein spektrales Loch (siehe Abb. 6.15). Die Form des Lochs und insbesondere seine Breite kannüber eine Transmissionsmessung hoher Auflösung nach Abschalten der Anregung bestimmt werden. Dabeikann das Auffüllen des Lochs zeitlich verfolgt werden. Das Verfahren erlaubt es, Lebensdauern (aberauch andere Phänomene wie z.B. Molekülschwingungen etc.) zu untersuchen.c○Walther-Meißner-Institut