Techniklexikon

Überlagerungsspektroskopie

Atom- und Molekülphysik, Methode der Laserspektroskopie zur präzisen Messung der Differenz der Frequenzen zweier Übergänge in Atomen oder Molekülen. Die prinzipielle Anordnung ist in der Abb. dargestellt: Zwei Laser werden unabhängig voneinander auf verschiedene Übergänge eines Atoms oder Moleküls stabilisiert und auf einer Photodiode oder einem anderen schnellen Lichtdetektor überlagert. Die von dem Detektor detektierte Intensität beträgt:

(e₀: Dielektrizitätskonstante, c: Lichtgeschwindigkeit, E₁, E₂: Amplituden des elektrischen Feldes der beiden Laserstrahlen, w₁, w₂: deren Frequenzen). Mittelt man diesen Ausdruck für Zeitkonstanten, denen ein Lichtdetektor folgen kann, so erhält man:

Dabei ist der erste Summand in der eckigen Klammer ein konstanter Offset des detektierten Signals. Der zweite Summand ist ein mit der Differenzfrequenz der beiden Laser oszillierender Term. Liegt er im Bereich von bis zu wenigen GHz, so ist er in der Regel mit Photodioden messbar. Haben die beiden Übergänge ein gemeinsames Niveau, so gibt die gemessene Frequenz direkt Aufschluss über die Energiedifferenz der anderen beteiligten Niveaus.

Überlagerungsspektroskopie: Prinzipielle Anordnung (EN: atomare bzw. molekulare Energieniveaus).