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Lexikon der Optik: Doppler-freie Laserspektroskopie

Doppler-freie Laserspektroskopie, ein spektroskopisches Verfahren für gasförmige Medien mit besonders hoher spektraler Auflösung. Die Breite der Spektrallinien von Gasen wird bei geringem Druck durch die Doppler-Verbreiterung bestimmt (Linienbreite). Das spektrale Auflösungsvermögen der Spektroskopie mit Doppler-begrenzter Auflösung liegt bei Werten zwischen 105 und 106. Will man eine höhere spektrale Auflösung erzielen, muß man die Doppler-Verbreiterung reduzieren oder ihren Beitrag zur gemessenen Linienbreite eliminieren. Bei der Molekularstrahlspektroskopie erfolgt die Messung an einem kollimierten Strahl von Molekülen, deren Rest-Doppler-Breite aus der unvermeidlichen Divergenz des Strahles resultiert. Das Auflösungsvermögen erreicht dann Werte um 108. Ein ähnlich hohes Auflösungsvermögen erhält man bei der Doppler-freien Zweiphotonenabsorption, bei der die Doppler-Verschiebung (Doppler-Effekt) bei allen Geschwindigkeiten der Gasteilchen kompensiert wird.

Die gängigsten Verfahren der D. L. sind die verschiedenen Varianten der Sättigungsspektroskopie und dabei insbesondere die Lamb-dip-Spektroskopie. Sie beruhen auf der nichtlinearen Absorption des Lichtes in dem zu untersuchenden gasförmigen Medium, die zu einer Sättigung der Absorption bei hinreichend großen Lichtintensitäten und zur Ausbildung des inversen Lamb-dips führt. In diesem Falle wird genau im Zentrum der betrachteten Doppler-Linie eine Resonanzlinie beobachtet, deren Frequenzbreite um mehrere Größenordnungen geringer als die Doppler-Breite ist. Die wesentliche Voraussetzung für die Anwendung dieser Methode der D. L. ist die Verfügbarkeit eines durchstimmbaren Lasers mit geringer Linienbreite und hinreichend hoher Leistung. Für das Auflösungsvermögen werden werte von 109 bis zu 1011 erreicht.

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