Techniklexikon

Doppler-freie Zwei-Photonen-Spektroskopie

Atom- und Molekülphysik, Methode der Laserspektroskopie zur Vermessung von Spektrallinien unter Ausschaltung der Doppler-Verbreiterung. Absorbiert ein Atom aus zwei kollinear gegenläufigen Laserstrahlen je ein Photon, so lautet die Resonanzbedingung unter Berücksichtigung der Doppler-Verschiebung eines Atoms mit dem Geschwindigkeitsvektor V für einen Übergang  nach :

,

wobei w₁ und w₂ bzw. k₁ und k₂ die Kreisfrequenzen bzw. die Wellenvektoren der beiden Photonen sind. Für kollinear gegenläufige Photonen der gleichen Frequenz wird der zweite Term null, da k₁ =  - k₂, und die Resonanzbedingung wird unabhängig von der Geschwindigkeit der Atome. Das bedeutet, die Doppler-Verbreiterung wird ausgeschaltet, es nehmen aber alle Atome an der Absorption teil. Die Anordnung eines solchen Experiments ist in der Abb. dargestellt. Ein durchstimmbarer Laser wird in eine Absorptionszelle fokussiert und der Strahl mit einem sphärischen Spiegel in sich zurückreflektiert. Die Anregung wird durch die Fluoreszenz nachgewiesen, die meist kurzwelliger ist. Diese Methode ist eine Möglichkeit zur Ausschaltung des Problems der Doppler-Verbreiterung.

Doppler-freie Zwei-Photonen-Spektroskopie: Schematischer Aufbau (links) und Lage der Energieniveaus (rechts).