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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:

Sättigung

Eine Lösung dieser Differentialgleichungen ist Sättigung, 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 Sättigung ein, so ergibt sich für die Besetzungsdifferenz Sättigung, wobei DN0 die Besetzungsdifferenz ohne Einfluss des Strahlungsfeldes durch die thermische Ungleichbesetzung ist. Analog gilt für den Absorptionskoeffizienten für Strahlungsabsorption Sättigung (a0: Absorptionskoeffizient ohne Anwesenheit des Strahlungsfeldes). Der Verlauf von N1 und a in Abhängigkeit des Sättigungsparameters ist in Abb. 2 dargestellt.

Sättigung

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

Sättigung

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

 

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