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Lexikon der Optik: Mehrphotonenabsorption

Mehrphotonenabsorption, die Absorption von mehreren Photonen im allgemeinen unterschiedlicher Frequenz durch ein atomares System. Der Energiesatz verlangt nur, daß die Summe der einzelnen Photonenenergien mit der Energiedifferenz zwischen dem End- und dem Ausgangszustand des absorbierenden Systems übereinstimmt, d.h., daß die Summe der Frequenzen der am Elementarakt beteiligten Photonen mit einer Übergangsfrequenz des atomaren Systems zusammenfällt (Resonanzbedingung). Liegt nur die genannte Resonanz vor, werden im Verlauf des Prozesses keine Zwischenniveaus bevölkert. Eine solche Bevölkerung findet jedoch statt, wenn zusätzliche Resonanzen mit Zwischenzuständen auftreten, z.B. 1- oder 2-Photonenresonanzen, bei denen eine der eingestrahlten Frequenzen bzw. die Summe zweier mit einer Übergangsfrequenz zusammenfällt. Man spricht dann auch von Mehrstufenabsorption. In diesem Fall erhöht sich der Wirkungsquerschnitt drastisch. Generell nimmt die Übergangswahrscheinlichkeit für die M. mit wachsender Zahl der gleichzeitig absorbierten Photonen stark ab, so daß immer höhere Lichtintensitäten erforderlich werden.

Die M. läßt sich für spektroskopische Zwecke nutzen. Der grundsätzliche Vorteil dieser Mehrphotonenspektroskopie besteht darin, daß man auf diese Weise Zustände anregen kann, die durch Einphotonenabsorption nicht erreichbar sind. Anwendung hat vor allem die Zweiphotonenabsorption als spektroskopisches Verfahren (Zweiphotonenspektroskopie) gefunden (Doppler-freie Zweiphotonenabsorption). Unter Verwendung zweier Laser, eines mit fester Frequenz und eines abstimmbaren, wurden Zweiphotonenabsorptionsspektren unterschiedlicher Substanzen (Festkörper wie KBr und CuCl, molekulare Flüssigkeiten, Gase) aufgenommen. Gemessen werden kann die durch die Absorption verursachte Schwächung der einfallenden Strahlung. Wesentlich empfindlicher ist der Nachweis der Absorption durch Registrierung der von dem angeregten System normalerweise ausgesandten Fluoreszenzstrahlung. Wenn die im Elementarakt aufgenommene Energie ausreicht, um das Atom bzw. Molekül zu ionisieren, so findet Mehrphotonenionisation statt. Die dabei entstehenden Elektronen und Ionen lassen sich dann leicht nachweisen. Liegen auch hier Resonanzen mit Zwischenniveaus vor, so spricht man von Mehrstufenionisation.

Eine für Anwendungen in der Chemie bedeutsame Variante der M. ist die frequenzselektive Absorption von vielen Photonen aus infraroter Laserstrahlung (Multiphotonendissoziation).

  • Die Autoren
Roland Barth, Jena
Dr. Artur Bärwolff, Berlin
Dr. Lothar Bauch, Frankfurt / Oder
Hans G. Beck, Jena
Joachim Bergner, Jena
Dr. Andreas Berke, Köln
Dr. Hermann Besen, Jena
Prof. Dr. Jürgen Beuthan, Berlin
Dr. Andreas Bode, Planegg
Prof. Dr. Joachim Bohm, Berlin
Prof. Dr. Witlof Brunner, Zeuthen
Dr. Eberhard Dietzsch, Jena
Kurt Enz, Berlin
Prof. Joachim Epperlein, Wilkau-Haßlau
Prof. Dr. Heinz Falk, Kleve
Dr. Wieland Feist, Jena
Dr. Peter Fichtner, Jena
Dr. Ficker, Karlsfeld
Dr. Peter Glas, Berlin
Dr. Hartmut Gunkel, Berlin
Dr. Reiner Güther, Berlin
Dr. Volker Guyenot, Jena
Dr. Hacker, Jena
Dipl.-Phys. Jürgen Heise, Jena
Dr. Erwin Hoffmann, Berlin (Adlershof)
Dr. Kuno Hoffmann, Berlin
Prof. Dr. Christian Hofmann, Jena
Wolfgang Högner, Tautenburg
Dipl.-Ing. Richard Hummel, Radebeul
Dr. Hans-Jürgen Jüpner, Berlin
Prof. Dr. W. Karthe, Jena
Dr. Siegfried Kessler, Jena
Dr. Horst König, Berlin
Prof. Dr. Sigurd Kusch, Berlin
Dr. Heiner Lammert, Mahlau
Dr. Albrecht Lau, Berlin
Dr. Kurt Lenz, Berlin
Dr. Christoph Ludwig, Hermsdorf (Thüringen)
Rolf Märtin, Jena
Ulrich Maxam, Rostock
Olaf Minet, Berlin
Dr. Robert Müller, Berlin
Prof. Dr. Gerhard Müller, Berlin
Günter Osten, Jena
Prof. Dr. Harry Paul, Zeuthen
Prof. Dr. Wolfgang Radloff, Berlin
Prof Dr. Karl Regensburger, Dresden
Dr. Werner Reichel, Jena
Rolf Riekher, Berlin
Dr. Horst Riesenberg, Jena
Dr. Rolf Röseler, Berlin
Günther Schmuhl, Rathenow
Dr. Günter Schulz, Berlin
Prof. Dr. Johannes Schwider, Erlangen
Dr. Reiner Spolaczyk, Hamburg
Prof. Dr. Peter Süptitz, Berlin
Dr. Johannes Tilch, Berlin (Adlershof)
Dr. Joachim Tilgner, Berlin
Dr. Joachim Träger, Berlin (Waldesruh)
Dr. Bernd Weidner, Berlin
Ernst Werner, Jena
Prof. Dr. Ludwig Wieczorek, Berlin
Wolfgang Wilhelmi, Berlin
Olaf Ziemann, Berlin


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