Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik [2004]

7.2.1 DFWM
7 Nichtlineare Laserspektroskopiemethoden 133
Bei der Entarteten Vierwellenmischung (engl.: degenerate four-wave mixing,
DFWM [2]) findet eine verstärkte Wechselwirkung von drei sich kreuzenden
Laserstrahlen mit dem Molekülensemble und damit eine Signalstrahlerzeugung
statt, wenn die eingestrahlte Frequenz einem Absorptionsübergang entspricht
(Abb. 7.8). Wegen der Gleichheit der Frequenzen ist die Phasenanpassungsbedingung
im Prinzip für jeden Kreuzungswinkel der Strahlen zu
erfüllen, und der experimentelle Aufwand – da nur ein Laser benötigt wird –
entsprechend geringer. Auch hier wird der Signalstrahl in die durch ∆k =0
festgelegte Richtung erzeugt. Experimentell besonders einfach zu verwirklichen
ist die hier gezeigte, als Phasenkonjugation bezeichnete Strahlanordnung,
die durch Rückreflexion eines Pumpstrahls (Wellenvektor kp1) insich
selbst und daher Abspaltung des Signalstrahls durch einen Strahlteiler entsteht.
Den zurückreflektierten Strahl bezeichnet man als Probestrahl.
Vorteile von DFWM
• Höhere Empfindlichkeit, da die Methode einen voll resonanten Wechselwirkungsprozess
darstellt. Damit ist ein Nachweis von instabilen Molekülen
(Radikale) geringer Konzentration möglich.
• Doppler-freie Spektroskopie: in der Strahlanordnung nach Abb. 7.8 absorbieren
nur diejenigen Moleküle aus der Maxwell-Verteilung Strahlung
von beiden Pumpstrahlen – und liefern damit einen Signalbeitrag –, die
sich in Ruhe befinden oder senkrecht zum Strahl bewegen.
• Entfernter Nachweis durch kohärenten Signalstrahl.
Abb. 7.8. DFWM-Spektroskopie: Energieniveaudiagramm und phasenkonjugierende
Strahlanordnung für einen elektronischen A 2 Σ–X 2 Π-Übergang. T2 Dephasierungszeit,
a0 Absorptionskoeffizient in der Linienmitte, L Wechselwirkungslänge
im Überlagerungsvolumen, Isat Sättigungsintensität