Techniklexikon

Niveaukreuzungsspektroskopie

Atom- und Molekülphysik, Level-Crossing-Spektroskopie, spezielle Methode der Atomspektroskopie. Dabei wird die Änderung der räumlichen Intensitätsverteilung bzw. der Polarisationseigenschaften der Fluoreszenz-Strahlung kohärent angeregter atomarer oder molekularer Zustände untersucht, wenn sich diese Zustände unter Einfluss eines äusseren Feldes kreuzen. Das Prinzip dieser Methode wurde 1924 von W. Hanle an Hg entdeckt, wo eine solche Kreuzung bei verschwindendem Magnetfeld auftritt (Hanle-Effekt).

Das Beispiel einer Niveaukreuzung im Magnetfeld ist in der Abbildung dargestellt. Die Zeeman-Aufspaltung (Zeeman-Effekt) des unteren Zustandes mit J = 1 / 2 und des oberen Zustandes mit J = 2 zeigt eine unterschiedliche Abhängigkeit von der magnetischen Feldstärke B auf Grund der unterschiedlichen g-Faktoren. Dies führt zur Kreuzung von magnetischen Unterniveaus (in der Abbildung durch Kreise angedeutet). Werden die sich kreuzenden Zustände kohärent mit einer Lichtquelle angeregt, so wird die räumliche Intensitätsverteilung und die Polarisation der Fluoreszenzstrahlung durch die Interferenz von Fluoreszenzphotonen aus den beiden Zuständen bestimmt. Bei Änderung des Magnetfeldes im Bereich der Niveaukreuzung tritt eine Änderung dieser Eigenschaften der Fluoreszenzstrahlung auf, da sich die relative Besetzung der Zustände ändert.

Ein Vorteil der Niveaukreuzungsspektroskopie liegt darin, dass sich auch bei breitbandiger Anregung Doppler-freie Auflösung (Doppler-Verbreiterung) erzielen lässt. Der Einsatz von Lasern zur Anregung der Atome ist also nicht zwingend erforderlich. Trotzdem hat der Einsatz von Lasern zur Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten geführt, da auf diese Weise sehr viele Niveaus in Atomen und Molekülen zugänglich werden.

Niveaukreuzungsspektroskopie: Termschema eines Atoms mit Zuständen J = 1 / 2 und J = 2 im Magnetfeld B. Die Kreise markieren Niveaukreuzungen.