Max-Born-Saal (Fotos): Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie

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Ultrakurzzeitspektroskopie
Einführung

Die Funktion physikalischer, chemischer und biologischer Systeme ist durch eine Vielzahl von Prozessen mit stark unterschiedlichen Geschwindigkeiten bestimmt. Mikroskopische Vorgänge laufen häufig im Ultrakurzzeitbereich zwischen 1 fs (10-15 s, ein Milliardstel einer Millionstel Sekunde) und einigen Pikosekunden (1 ps = 10-12 s, ein Millionstel einer Millionstel Sekunde) ab. Beispiele sind die Schwingungsbewegungen von Molekülen, die Verschiebung von Ladungen und Atomkernen bei chemischen Reaktionen oder Umverteilungs- und Energieverlustprozesse in kondensierter Materie. Ultraschnelle Vorgänge geben Einblick in grundlegende funktions- und strukturbestimmende Wechselwirkungsmechanismen und können für technische Anwendungen ausgenutzt werden.

Die Ultrakurzzeitspektroskopie verwendet optische Meßmethoden, um ultraschnelle Abläufe sichtbar zu machen, d.h. in Echtzeit zu verfolgen.
Sie beruht auf der Anwendung ultrakurzer Lichtimpulse:
Nach Anregung des zu untersuchenden Systems durch einen Femtosekundenimpuls wird die zeitliche Entwicklung eines optischen Signals gemessen. Sequenzen solcher Momentaufnahmen im Femtosekunden-Zeitbereich ergeben - ähnlich der klassischen Stroboskopie von Bewegungsabläufen - detaillierte Informationen über ultraschnelle Prozesse, z.B. die Rückkehr des Systems in seinen Ausgangszustand oder den Übergang in einen neuen Zustand.