Techniklexikon

Sättigung

Grad der Buntheit einer Farbe im Vergleich zum gleich hellen Unbunt. S. ist eine Komponente der Farbvalenz. Sie gibt an, wie kräftig (satt) eine Farbe erscheint oder inwieweit sie verweißlicht ist. In der Farbgestaltung wird unter S. der quantitative Anteil einer Farbton- und Unbuntempfindung verstanden, z. B. Rosa, Braun, Beige, Lila usw. Atom- und Molekülphysik, Phänomen der Besetzungsänderung in Atomen oder Molekülen durch optisches Pumpen, d.h. durch Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung. Dies kann anhand eines Zwei-Niveau-Systems, wie in Abb. 1 dargestellt, verdeutlicht werden. Die beiden Niveaus sind durch optische Anregung, bzw. durch Relaxationsprozesse wie z.B. Stösse, miteinander gekoppelt. Die Raten des Pumpens bzw. der Relaxationsprozesse seien P bzw. R₁ und R₂. Kopplung an andere Niveaus soll nicht berücksichtigt werden. Die Bilanzgleichung für die Besetzungen N₁ und N₂ der Zustände lautet damit:

Eine Lösung dieser Differentialgleichungen ist , wobei N = N₁ + N₂ die Gesamtzahl der Atome ist. Für sehr grosse Pumpraten P geht die Besetzung des unteren Zustands gegen N / 2, d.h. N₁ = N₂. Das bedeutet, dass auch bei sehr hoher Lichtintensität der angeregte Zustand höchstens zur Hälfte besetzt ist. In diesem Fall geht der Absorptionskoeffizient gegen Null, das Medium wird völlig transparent. Führt man noch den sog. Sättigungsparameter  ein, so ergibt sich für die Besetzungsdifferenz , wobei DN₀ die Besetzungsdifferenz ohne Einfluss des Strahlungsfeldes durch die thermische Ungleichbesetzung ist. Analog gilt für den Absorptionskoeffizienten für Strahlungsabsorption  (a₀: Absorptionskoeffizient ohne Anwesenheit des Strahlungsfeldes). Der Verlauf von N₁ und a in Abhängigkeit des Sättigungsparameters ist in Abb. 2 dargestellt.

Sättigung 1: Zwei-Niveau-System unter Berücksichtigung der optischen Pumprate P und der Relaxationsraten R₁ und R₂.

Sättigung 2: Verlauf von N₁ und a in Abhängigkeit des Sättigungsparameters S (N₁₀: Besetzung von Zustand 1 ohne Anwesenheit des Strahlungsfeldes).