Doppler-freie Zweiphotonenabsorption, eine Methode der Doppler-freien Laserspektroskopie. Dabei werden Atom- bzw. Molekülübergänge untersucht, die durch die gleichzeitige (simultane) Absorption von zwei Photonen verursacht werden (Mehrphotonenabsorption). Wie bei der Lamb-dip-Spektroskopie verwendet man ein stehendes Laserfeld (der Frequenz ν), so daß die beiden Photonen aus den zwei in entgegengesetzter Richtung laufenden Wellen absorbiert werden können. In diesem Falle "sieht" ein Teilchen mit der Geschwindigkeit v_z bezüglich der Ausbreitungsrichtung z der nach rechts laufenden Teilwelle (Abb.) das eine Laserphoton mit einer positiven und das andere mit einer gleich großen negativen Doppler-Verschiebung vom Betrage |v_z|/λ mit λ als Wellenlänge (Doppler-Effekt). Im Resonanzfalle ν=ν₂₁/2, wobei ν₂₁ eine atomare bzw. molekulare Übergangsfrequenz (den durch das Plancksche Wirkungsquantum h dividierten Abstand zweier Niveaus 1 und 2) bezeichnet, kompensieren sich beide Frequenzverschiebungen, und zwar für alle Teilchen unabhängig von ihrer Geschwindigkeit, so daß man ein relativ großes Doppler-freies Signal genau im Zentrum des Überganges erhält. Der breite Doppler-Untergrund (Abb.) wird durch die Absorption von 2 Photonen derselben Ausbreitungsrichtung erzeugt. Man erhält damit schmale Doppler-freie Resonanzlinien, die für die D. Z. ein Auflösungsvermögen von etwa 10⁸ ermöglichen. Im Gegensatz zur Lamb-dip-Spektroskopie, bei der nur eine bestimmte Geschwindigkeitsgruppe der gasförmigen Teilchen zum Signal beiträgt, sind hier alle Teilchen an der Bildung des Signals beteiligt, was eine erhebliche Kontrasterhöhung zur Folge hat. Dieses Verfahren erlaubt ferner im Unterschied zur Sättigungsspektroskopie die Untersuchung von Übergängen zwischen Niveaus gleicher Parität. Die praktische Anwendung der Methode ist an das Vorhandensein einer ausreichenden Übergangswahrscheinlichkeit geknüpft, so daß Übergänge mit einem resonanznahen Zwischenniveau bevorzugt sind.

Doppler-freie Zweiphotonenabsorption: Simultane Absorption von 2 Photonen der Frequenz ν und entgegengesetzter Ausbreitungsrichtung durch Atome bzw. Moleküle mit der Übergangsfrequenz ν₂₁. λ Wellenlänge, v_z Teilchengeschwindigkeit, Δn_D Doppler-Breite.