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Lexikon der Optik: Level-crossing-Spektroskopie

Level-crossing-Spektroskopie, ein Verfahren der hochauflösenden Laserspektroskopie. Bei dieser Methode der Sättigungsspektroskopie wird im Gegensatz z.B. zur Lamb-dip-Spektroskopie kein stehendes Laserfeld benötigt. Die Absorptionszelle mit der gasförmigen Substanz wird von einer laufenden Laserwelle durchsetzt, deren Frequenz innerhalb des Doppler-Profils (Linienbreite) der zu untersuchenden Absorptionslinie liegen muß. Wie bei der Laser-Stark-Spektroskopie bzw. der Laser-magnetischen Resonanz-Spektroskopie werden äußere elektrische bzw. magnetische Felder benutzt, um eine Frequenzverschiebung der Molekülniveaus zu bewirken.

Bei der L. hat man es im allgemeinen mit zwei Übergängen zu tun, die ein gemeinsames unteres oder oberes Niveau besitzen. Erreicht man durch passende Wahl der Stärke des äußeren Feldes, daß die beiden anderen, zunächst verschiedenen Niveaus zusammenfallen (Entartung) – es überkreuzen sich dann die beiden Kurven für die entsprechenden Energien als Funktion der äußeren Feldstärke (engl. level crossing) – so ist ein Resonanzeffekt (engl. crossing resonance) zu beobachten: Die Laserwelle erfährt eine geringere Absorption als bei fehlender Entartung. Das liegt daran, daß im ersten Falle eine einzige Geschwindigkeitsgruppe von Molekülen, im zweiten Falle dagegen deren zwei an der Wechselwirkung mit dem Strahlungsfeld beteiligt sind. Es handelt sich somit um einen Sättigungseffekt (Absorption). Man spricht bei dessen Beobachtung von der Messung eines Level-crossing-Signals oder des Hanle-Effektes, je nachdem, ob die genannte Überkreuzung bei einem endlichen Wert oder beim Wert Null der äußeren Feldstärke stattfindet. In beiden Fällen erhält man Doppler-freie Signale, die die entsprechenden Übergangsfrequenzen mit großer Genauigkeit zu vermessen gestatten.

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