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Passepartout
Anmeldungsdatum: 02.06.2005
Beiträge: 172
Wohnort: Lausanne
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 Passepartout Verfasst am: 10. Jan 2010 12:24 Titel: Raman-Übergänge und Raman-Streuung |
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Hallo liebe Physikerboard-Gemeinde,
ich habe im Moment ein kleines Problem, zwei Dinge in eine Schublade zu bringen, vielleicht habt ihr ja einen goldenen Tipp für mich.
Die Raman-Streuung ist ja die Streuung von Photonen an optischen Phononen im Festkörper*.
Ich kann mir im vereinfachten 2-Niveau-System (  und  ) gut erklären, wieso es zu den Stokes- und Anti-Stokes Linien kommt:
Stokes: Anregung in , anschließend Zerfall in 1. vib. Niveau von
Anti-Stokes: Anregung vom 1. vib Niveau von in 1. vib. Niveau von , anschließend Zerfall in .
Nun habe ich in einem anderen Zusammenhang mit Raman-Übergängen zu tun, genau bei der VSCPT. Nun frage ich mich, ob mit Raman-Übergängen übergange im obigen Sinne gemeint sind. Irgendwie kriege ich das nicht so richtig zusammen.
Außerdem wird hier ein Ensemble von Atomen gekühlt, das gasförmig vorliegt, wie hängt das mit den Phononen zusammen: handelt es sich hier dennoch einfach um ang. Schwingungszustände des Atoms?
Für Hilfe wäre ich dankbar :-)
Schöne Grüße,
Michael
* d.h. in Gasen kann es keine Raman-Streuung geben?
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 , oder nicht  |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 10. Jan 2010 14:10 Titel: Re: Raman-Übergange und Raman-Streuung |
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| Passepartout hat Folgendes geschrieben: |
Nun habe ich in einem anderen Zusammenhang mit Raman-Übergängen zu tun, genau bei der VSCPT. Nun frage ich mich, ob mit Raman-Übergängen übergange im obigen Sinne gemeint sind. Irgendwie kriege ich das nicht so richtig zusammen.
Außerdem wird hier ein Ensemble von Atomen gekühlt, das gasförmig vorliegt, wie hängt das mit den Phononen zusammen: handelt es sich hier dennoch einfach um ang. Schwingungszustände des Atoms?
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Die Gemeinsamkeit in diesem anderen Zusammenhang ist diejenige, dass auch hier das anregende Photon und das anschließend (bei Raman-Übergängen meist durch stimulierte Emission) wieder emittierte Photon unterschiedliche Frequenzen haben. Auch hier ist der Raman-Übergang also ein Zwei-Photonen-Übergang, bestehend aus einem Übergang nach oben und einem nach unten, beide mit unterschiedlichen Frequenzen.
Beim velocity selective coherent population trapping (VSCPT) verbindet dieser zwei-Photonen-Übergang nicht zwei unterschiedliche Schwingungsniveaus eines Moleküls, sondern zwei unterschiedliche Bewegungszustände eines Atoms, die sich einfach nur durch die Geschwindigkeit des Atoms, also durch die kinetische Translationsenergie des Atoms unterscheiden.
So kann es also natürlich auch in atomaren Gasen Raman-Streuung und Raman-Übergänge geben. |
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Passepartout
Anmeldungsdatum: 02.06.2005
Beiträge: 172
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| Passepartout Verfasst am: 10. Jan 2010 14:39 Titel: Re: Raman-Übergange und Raman-Streuung |
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| dermarkus hat Folgendes geschrieben: |
Beim velocity selective coherent population trapping (VSCPT) verbindet dieser zwei-Photonen-Übergang nicht zwei unterschiedliche Schwingungsniveaus eines Moleküls, sondern zwei unterschiedliche Bewegungszustände eines Atoms, die sich einfach nur durch die Geschwindigkeit des Atoms, also durch die kinetische Translationsenergie des Atoms unterscheiden.
So kann es also natürlich auch in atomaren Gasen Raman-Streuung und Raman-Übergänge geben. |
Wie kommt es denn überhaupt zu dieser Kopplung, insbesondere bei der VSCPT? Ach, irgendwie verstehe ich das Kühlprinzip zwar ein wenig, aber nicht so richtig...
Spricht man allgemein von Raman-Übergängen, wenn es einen Frequenzunterschied zwischen einfallender und auslaufender Welle gibt?
Lieben gruß,
Michael
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 11. Jan 2010 02:24 Titel: Re: Raman-Übergange und Raman-Streuung |
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| Passepartout hat Folgendes geschrieben: |
Spricht man allgemein von Raman-Übergängen, wenn es einen Frequenzunterschied zwischen einfallender und auslaufender Welle gibt?
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Ich würde sagen, ja 
| Zitat: |
Wie kommt es denn überhaupt zu dieser Kopplung
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Über den Impulsübertrag auf das Atom, denn beim Absorbieren oder Emittieren eines Photons ändert sich der Impuls eines Atoms ja immer um einen Photonenimpuls.
| Zitat: |
, insbesondere bei der VSCPT?
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Magst du mal versuchen, ein bisschen zu umreißen, was du bisher schon über VSCPT weißt? Und vielleicht Online-Quellen verlinken, mit denen du bisher dazu gearbeitet hast?
Ganz knapp formuliert würde ich mal versuchen, folgendes zu sagen:
Beim VSCPT strahlt man Laserstrahlen aus zwei einander entgegengesetzten Richtungen auf die Atome ein. Wenn ein Atom ein Photon aus dem einen Strahl absorbiert und dann stimuliert ein Photon in den anderen Strahl emittiert, dann hat sich der Impuls des Atoms um zwei Photonenimpulse geändert.
Wenn das nun immer wieder passiert, werden die Atome werden also durch solche Zweiphotonen-Ramanübergänge im Geschwindigkeitsraum hin- und hergekickt.
(Oft wird aus dem angeregten Zustand das Photon nicht stimuliert emittiert, sondern spontan emittiert. Dann bekommt das Atom dabei eine andere (kleinere) Impulsänderungsportion als 2 Photonenimpulse, weil das spontan emittierte Photon ja in jede beliebige Richtung davonfliegen kann. Auch dadurch werden die Atome im Geschwindigkeitsraum hin- und hergekickt.)
Wenn man es nun noch durch einen raffinierten Trick schafft, dass die Atome mit Geschwindigkeit Null keine Kicks bekommen, dann behalten alle Atome die Geschwindigkeit Null, wenn sie mal zufällig da hingekickt worden sind.
Und wie dieser raffinierte Trick funktioniert, das ist dann der nächste Schritt zum Verstehen der Methode VSCPT  |
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Passepartout
Anmeldungsdatum: 02.06.2005
Beiträge: 172
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| Passepartout Verfasst am: 11. Jan 2010 09:44 Titel: Re: Raman-Übergange und Raman-Streuung |
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[quote="dermarkus"] | Passepartout hat Folgendes geschrieben: |
Ganz knapp formuliert würde ich mal versuchen, folgendes zu sagen:
Beim VSCPT strahlt man Laserstrahlen aus zwei einander entgegengesetzten Richtungen auf die Atome ein. Wenn ein Atom ein Photon aus dem einen Strahl absorbiert und dann stimuliert ein Photon in den anderen Strahl emittiert, dann hat sich der Impuls des Atoms um zwei Photonenimpulse geändert.
Wenn das nun immer wieder passiert, werden die Atome werden also durch solche Zweiphotonen-Ramanübergänge im Geschwindigkeitsraum hin- und hergekickt.
(Oft wird aus dem angeregten Zustand das Photon nicht stimuliert emittiert, sondern spontan emittiert. Dann bekommt das Atom dabei eine andere (kleinere) Impulsänderungsportion als 2 Photonenimpulse, weil das spontan emittierte Photon ja in jede beliebige Richtung davonfliegen kann. Auch dadurch werden die Atome im Geschwindigkeitsraum hin- und hergekickt.)
Wenn man es nun noch durch einen raffinierten Trick schafft, dass die Atome mit Geschwindigkeit Null keine Kicks bekommen, dann behalten alle Atome die Geschwindigkeit Null, wenn sie mal zufällig da hingekickt worden sind.
Und wie dieser raffinierte Trick funktioniert, das ist dann der nächste Schritt zum Verstehen der Methode VSCPT |
Ich danke Dir sehr für Deine Ausführungen. Ich meine nun, das ganze ein wenig durchdrungen zu haben. Entscheidend war die Tatsache, dass das Photon stim. absorbiert und stim. emittiert, wodurch sich der Impuls um zwei Photonenimpulse ändert. Damit ist mir auch die Kopplung der beiden Zustände klar, bzw. der neue Basis-Vektor (der ja quasi den Vorgang beschreibt: Anregung von  , Emission in  :
Bei einem spontanem Zerfall ist wegen der Clebsch-Gordon-Koeffizienten (betragsmäßig gleich) gleichwahrscheinlich, weswegen sich der Basisvektor
ergibt. Hier hat das Atom ein Photon in die Vakuummode übergeben.
Der eigentliche Witz ist nun, dass  nicht mit  über den Dipoloperator wechselwirkt ) und das auch nicht verlassen werden kann, wenn p=0, da es ja eine kohärente Überlagerung der Grundzustände ist, und es kein tieferes Energieniveau mehr gibt. Dadurch entsteht ein wechselwirkungsfreier "dark state".
Magst sagen, ob das so ungefähr hinkommt?
Vielen Dank und liebe Grüße,
Michael
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 12. Jan 2010 20:49 Titel: |
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Vieles davon kommt glaube ich schon gut hin.
(Eine gute Quelle zum ergänzenden Lesen dürfte zum Beispiel auch
http://frhewww.physik.uni-freiburg.de/vorlesung/stofflesung/DISS-TEIL-12.pdf
sein, zum Beispiel S. 88 ganz oben)
Was du über die "Basisvektoren" gesagt hast, habe ich noch nicht so ganz nachvollziehen können. Denn diese "Basisvektoren" sind ja Zustände, und keine Übergänge. (oder hast du beim Erklären dessen einfach nur gedankliche Abkürzungen benutzt, die ich bisher noch nicht mitgegangen bin ? ) |
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