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Lexikon der Physik: Modulationsspektroskopie

Modulationsspektroskopie, spezielle Methode der Laserspektroskopie mit einem frequenzmodulierten Laserstrahl zur Erzeugung eines abgeleiteten Spektroskopiesignals. Der prinzipielle Aufbau ist schematisch am Beispiel einer Absorptionsmessung in Abb. 1 dargestellt. Ein Laser wird in seiner Frequenz moduliert. Dies kann entweder extern durch einen elektrooptischen Modulator oder durch direkte Modulation eines Laserparameters geschehen, wie z.B. des Injektionsstroms bei Halbleiterlasern (Laser). Dieser frequenzmodulierte Laserstrahl passiert eine Absorptionszelle mit der interessierenden Substanz. Die transmittierte Intensität wird mit einer Photodiode gemessen. In der Regel wird nur der modulierte Anteil des Photostroms weiterverarbeitet. Dieser Anteil wird verstärkt und anschließend mit dem Modulationssignal auf einem Hochfrequenzmischer gemischt. Das direkte Modulationssignal wird auch als Lokaloszillator bezeichnet. Bei entsprechender Wahl der relativen Phasenlage erhält man am Ausgang des Mischers ein abgeleitetes Absorptionssignal.

Abb. 2 zeigt ein mit dieser Methode gewonnenes Hyperfeinstruktur-Spektrum des Übergangs 5S1/2, F = 2 nach 5P3/2 von 87Rb. Das Spektrum wurde mit der Methode der dopplerfreien Sättigungsspektroskopie an einer Rb-Dampfzelle gewonnen. Der obere Teil der Abbildung zeigt das direkt gemessene Absorptionssignal, der untere Teil das mit der Modulationsspektroskopie erzeugte Signal. Zu erkennen sind in beiden Fällen die Übergänge 5S1/2, F = 2 nach 5P3/2, F = 1,2,3 (Linien A,B,C) und die zugehörigen Crossover-Resonanzen (Linien a,b,c). Man erkennt, daß aus dem Lamb-Dip (Lamb-Dip-Spektroskopie) im oberen Spektrum eine steile Flanke geworden ist. Diese Methode ist z.B. für die Stabilisierung der Frequenz eines Lasers auf eine atomare Übergangsfrequenz interessant, da das Absorptionssignal direkt Aufschluß über die Richtung der Frequenzabweichungen vom Sollwert gibt. Außerdem erkennt man an dem Beispiel in Abb. 2 die hohe Sensitivität der Modulationsspektroskopie.



Modulationsspektroskopie 1: Prinzipielle Anordnung der Modulationsspektroskopie



Modulationsspektroskopie 2: Absorptionsspektrum von Rb; a) gemessen mit der dopplerfreien Sättigungsspektroskopie, b) mit der Modulationsspektroskopie. Die Buchstaben kennzeichnen die einzelnen Hyperfeinstrukturübergänge. (Messung: S. Wolf, H. Helm, Univ. Freiburg)

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Stephan Fichtner, Heidelberg [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Freiburg [TF3] (A) (10, 15; Essay Perkolationstheorie)
Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
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Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hannover [CF] (A) (07)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Michael Gerding, Kühlungsborn [MG2] (A) (13)
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Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
Prof. Dr. Michael Grodzicki, Salzburg [MG1] (B) (01, 16)
Gunther Hadwich, München [GH] (A) (20)
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Prof. Dr. Hans Berckhemer, Frankfurt [HB1] (A, B) (29; Essay Seismologie)
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Dr. Thomas Bührke, Leimen [TB] (A) (32)
Jochen Büttner, Berlin [JB] (A) (02)
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Dr. Wolfgang Eisenberg, Leipzig [WE] (A) (15)
Dr. Frank Eisenhaber, Wien [FE] (A) (27)
Dr. Roger Erb, Kassel [RE1] (A) (33)
Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmern [AFM] (A) (16, 26)
Stephan Fichtner, Heidelberg [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Freiburg [TF3] (A) (10, 15)
Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hannover [CF] (A) (07)
Frank Gabler, Frankfurt [FG1] (A) (22)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Prof. Dr. Henning Genz, Karlsruhe [HG2] (A) (Essays Symmetrie und Vakuum)
Dr. Michael Gerding, Potsdam [MG2] (A) (13)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
Gunther Hadwich, München [GH] (A) (20)
Dr. Andreas Heilmann, Halle [AH1] (A) (20, 21)
Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
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Dr. Sascha Hilgenfeldt, Cambridge, USA (A) (Essay Sonolumineszenz)
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Renate Jerecic, Heidelberg [RJ] (A) (28)
Prof. Dr. Josef Kallrath, Ludwigshafen [JK] (A) (04)
Priv.-Doz. Dr. Claus Kiefer, Freiburg [CK] (A) (14, 15)
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Dr. Bernd Krause, München [BK1] (A) (19)
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Ralph Kühnle, Heidelberg [RK1] (A) (05)
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Dr. Detlef Lohse, Twente, NL (A) (Essay Sonolumineszenz)
Priv.-Doz. Dr. Axel Lorke, München [AL] (A) (20)
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Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
Dr. Rudi Michalak, Dresden [RM1] (A) (23; Essay Tieftemperaturphysik)
Günter Milde, Dresden [GM1] (A) (12)
Helmut Milde, Dresden [HM1] (A) (09)
Marita Milde, Dresden [MM2] (A) (12)
Prof. Dr. Andreas Müller, Trier [AM2] (A) (33)
Prof. Dr. Karl Otto Münnich, Heidelberg (A) (Essay Umweltphysik)
Dr. Nikolaus Nestle, Leipzig [NN] (A, B) (05, 20)
Dr. Thomas Otto, Genf [TO] (A) (06)
Priv.-Doz. Dr. Ulrich Parlitz, Göttingen [UP1] (A) (11)
Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, Mexico [OP] (A) (30)
Dr. Roland Andreas Puntigam, München [RAP] (A) (14)
Dr. Gunnar Radons, Mannheim [GR1] (A) (01, 02, 32)
Dr. Max Rauner, Weinheim [MR3] (A) (15)
Robert Raussendorf, München [RR1] (A) (19)
Ingrid Reiser, Manhattan, USA [IR] (A) (16)
Dr. Uwe Renner, Leipzig [UR] (A) (10)
Dr. Ursula Resch-Esser, Berlin [URE] (A) (21)
Dr. Peter Oliver Roll, Ingelheim [OR1] (A, B) (15)
Hans-Jörg Rutsch, Walldorf [HJR] (A) (29)
Rolf Sauermost, Waldkirch [RS1] (A) (02)
Matthias Schemmel, Berlin [MS4] (A) (02)
Prof. Dr. Erhard Scholz, Wuppertal [ES] (A) (02)
Dr. Martin Schön, Konstanz [MS] (A) (14; Essay Spezielle Relativitätstheorie)
Dr. Erwin Schuberth, Garching [ES4] (A) (23)
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Rolf vom Stein, Köln [RVS] (A) (29)
Dr. Patrick Voss-de Haan, Mainz [PVDH] (A) (17)
Dr. Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (29)
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