Techniklexikon

Doppelresonanzverfahren

Laboratoriumsmethoden und -geräteAtom- und Molekülphysik, 1) magnetische Resonanzspektroskopie: Gesamtbezeichnung für die Verfahren bei magnetischen Resonanz-Experimenten, bei denen zwei verschiedene Resonanzen gleichzeitig angeregt werden und sich gegenseitig beeinflussen. Dadurch werden normalerweise entweder die Kopplung oder die Polarisationstransfervorgänge beeinflusst. Doppelresonanzexperimente erlauben es unter anderem, Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Resonanzen gezielt zu untersuchen, Spektren durch Entkopplung zu vereinfachen und schlecht direkt detektierbare Resonanzen auf einem Kanal mit höherer Empfindlichkeit nachzuweisen. Wichtige Doppelresonanzexperimente sind die Elektron-Kern-Doppelresonanz (ENDOR), die Elektron-Elektron-Doppelresonanz (DEER, ELDOR) und die J-Kreuzpolarisation. Zu den magnetischen Doppelresonanzexperimenten zählen auch die Methoden der optisch detektierten magnetischen Resonanz (ODMR).

2) Optische Spektroskopie: eine spezielle Methode, die vor allem durch den Einsatz von Lasern als Pumpquelle interessant wurde. Alle Verfahren dieser Art benutzen eine Pumpqelle und eine Sondenquelle. Mit der Pumpquelle wird ein atomarer Zustand selektiv bevölkert oder entvölkert. Die Sondenquelle fragt diesen Zustand ab, indem sie Übergänge von diesem Zustand aus induziert. Durch diese Übergänge werden die Besetzungszahlen der am Pumpprozess beteiligten Zustände geändert, was wiederum den Pumpprozess selbst beeinflusst und als Nachweis für die Übergänge der Sondenquelle dienen kann. Als Pumpquelle werden heute in der Regel Laser verwendet, doch auch vor der Erfindung des Lasers gab es bereits Doppelresonanzexperimente, und zwar mit Licht aus Hohlkathodenlampen oder Mikrowellenentladungen. Die Sondenquelle kann ein weiterer Laser, ein Radiofrequenzfeld oder ein Mikrowellenfeld sein. Je nach Art der Sondenquelle unterscheidet man folgende Arten von Doppelresonanzverfahren:

(i) Optische / Radiofrequenz-Doppelresonanz

Diese Methode wird eingesetzt, wenn atomare oder molekulare Zustände in eng benachbarte Unterzustände aufgespalten sind, wie z.B. Hyperfeinstrukturniveaus molekularer Rotationszustände oder Zeeman-Unterniveaus in atomaren Systemen.

(ii) Optische / Mikrowellen-Doppelresonanz

Die Mikrowellenspektroskopie wird häufig eingesetzt, um Molekülkonstanten zu bestimmen. Sie ist aber beschränkt auf thermisch besetzte Rotations-Schwingungszustände. Durch zusätzliches optisches Pumpen kann die Mikrowellenspektroskopie auf höhere, thermisch nicht besetzte Zustände ausgedehnt werden.

(iii) Optisch / optische Doppelresonanz (OODR)

Hierbei werden zwei optische Übergänge untersucht, die ein gemeinsames Niveau haben. Das gemeinsame Niveau kann entweder der Grundzustand oder ein angeregter Zustand sein. Dementsprechend unterscheidet man verschiedene Typen der OODR, wie in Abb. 2 zu sehen. Bei der V-Typ-OODR werden ein Übergang  nach  optisch gepumpt und weitere Übergänge aus Zustand  mit dem Sondenlaser abgefragt. Bei der stufenweisen Anregung wird aus dem angeregten Zustand  weiter angeregt. Bei der L-Typ-OODR wird als Sonde ein Übergang vom angeregten Zustand  in einen anderen tiefer liegenden Zustand gepumpt.

Doppelresonanzverfahren finden vielfach Einsatz in der modernen Spektroskopie, da sie sehr präzise Messungen mit gutem Signal-Rausch-Verhältnis erlauben. [NN, SW]

Doppelresonanzverfahren 1: Optische / Radiofrequenz-Doppelresonanz.

Doppelresonanzverfahren 2: Optisch / optische Doppelresonanz.