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(c) 2002 BMO

Das Maßschneidern von Lichtimpulsen im Femtosekundenbereich

(Development of most modern methods in quantum optics for studies of ultrafast processes in chemistry and biology)

Zeitaufgelöste Spektroskopie

Zur Untersuchung des Zeitverlaufs einer photochemischen Reaktion (wie etwa der Photosynthese) wird diese in der Regel durch einen kurzen, intensiven Lichtimpuls ausgelöst, und anschließend werden mit variabler Verzögerungszeit die optischen Eigenschaften (etwa die Absorption) des Moleküls gemessen. Diese Methode wird pump-probe-Spektroskopie genannt, und ist in vielen Varianten ein etabliertes Werkzeug zur Aufklärung zeitabhängiger Vorgänge in allen denkbaren Systemen, so auch in biologischen Molekülen.

Chemische Reaktionen

Derart angeregt verlaufen viele dieser photo-chemischen Reaktionen nicht ausschließlich in einem Reaktionskanal, sondern mehrere verschiedene Reaktionsprodukte unterliegen einer Wahrscheinlichkeitsverteilung. Das Verhältnis der Produkte und damit der Reaktionskanäle kann von der Art der Anregung abhängig sein, also den Eigenschaften des Pump-Impulses.

"Kohärente Kontrolle"

Wer also den Verlauf einer chemischen Reaktion nach seinen Wünschen gestalten will, man spricht von "kohärenter Kontrolle", muss den Auslöser der Reaktion, die Femtosekunden-Lichtimpulse, maßschneidern können.

Kurze geshapte Lichtpulse

Die Laserpulse, in unserem Labor aus einem NOPA-System, haben für gewöhnlich spektral und zeitlich ein nahezu gaußförmiges Profil. Um beliebige andere Profilformen, oder sogar Pulsfolgen zu erzeugen, wird ein sogenannter "Pulseshaper" in 4-f-Geometrie eingesetzt. Hierzu wird der Eingangspuls durch ein optisches Gitter in seine Spektralfarben zerlegt, und auf ein LCD-Array abgebildet, in dem die Intensität und die Phase der einzelnen Farben gezielt über eine computergesteuerte Elektronik verändert werden kann. Durch ein identisches, zweites Gitter werden die Farben wieder zu einem Puls vereinigt. So lassen sich durch gezielte Phasenveränderungen im Fourierraum definierte Pulsformen und -folgen erzeugen. Als Beispiel wird hier eine Pulsfolge von neun 20 fs Impulsen im Abstand von 100 fs gezeigt:

Mit diesen und ähnlichen Impulsen sind Messungen geplant, bei denen man Moleküle maßgeschneidert anregt und so spezielle Reaktionskanäle zugänglich macht oder ausschaltet.

Aktuelle Mitarbeiter:
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Ehemalige Mitarbeiter:

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Assoziierte Projekte:

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Publikationen:

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Prismenkompressor
Abb. 1: Prismenkomressor - Der Verlauf der Lichtimpulse wird mit Hilfe von flüssigem Stickstoff sichtbar gemacht.

NOPA-Spectra
Abb. 2: NOPA Spektren – Der nicht-kollineare optisch parametrische Verstärker ermöglicht die Wellenlängen-Selektion des Lichtes auf eine einfache Weise.

pulseshaper principle
Abb. 3: Pulse shaper – hier ist der schematische Aufbau eines Pulseshapers gezeigt. Durch geschickte Kombination von Gittern und Linsen kommt man in den Fourierraum und zurück

train of pulses
Abb. 4: Multipulse – Mithilfe des pulse shapers kann man aus einem einzelnen Lichtimpuls beliebige Pulszüge „shapen“

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Letzte Änderung: Letzte Änderung: 1970-01-01 01:00