In den letzten Jahren konnten Untersuchungen mit Femtosekunden-Zeitauflösung auf den bisher nur schwer zugänglichen Terahertz Frequenzbereich ausgedehnt werden. Seitdem es möglich geworden ist, durch Beleuchtung von speziell gefertigten Photoleitern mit Femtosekunden-Lichtimpulsen hieraus THz-Strahlung mit Subpikosekunden Impulslänge zu erzeugen und auch empfindlich wieder nachzuweisen, lassen sich auch transiente Phänomene und kohärente Ausbreitungseffekte direkt in diesem Spektralbereich beobachten. Aus solchen Untersuchungen an Dielektrika, Halbleitern, Metallen oder Gasen können mit hoher Genauigkeit Materialparameter wie die komplexe Permittivität und Leitfähigkeit oder Relaxationskonstanten der Stoffe über einen weiten Frequenzbereich ermittelt werden.

Erzeugung und Nachweis von Femtosekunden-Terahertzpulsen

Auf diesem Gebiet besteht eine enge Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Dr. D. Grischkowsky von der Oklahoma State University in Stillwater, Oklahoma, USA.

Erstmals konnten mit Hilfe der zeitaufgelösten Terahertz-Spektroskopie periodisch auftretende Transienten in diesem Spektralbereich beobachtet werden, die auf dem Freien Induktionszerfall von kohärent angeregten molekularen Dämpfen auftreten (kommensurable Echos).

Oberes Bild: Eingangspuls (Referenz) ohne Gas in der Zelle

Mittleres Bild: Echos auf freien Induktionszerfall von Methylchlorid (Dampfdruck in der Zelle: 10hPa, Zellenlänge: 22cm

Unteres Bild: Spektrum des Eingangspulses (grün) und Rotationsbande von Methylfluorid.

Ebenso lässt sich erstmalig hiermit die Thermalisierung von Molekülen in der Gasphase über eine Wechselwirkungszeit von weniger als 300 fs erfassen. Diese Thermalisierung bestimmt die Linienform von Spektrallinien und war daher Anlass, eine erweiterte Stoßtheorie zu entwickeln, die eine Vereinheitlichung der Lorentz- und van Vleck-Weisskopf-Theoerie für stoßverbreiterte Moleküllinien ermöglicht.

Aufgrund des außergewöhnlich breiten Spektrums und der hohen Empfindlichkeit sowie Dynamik können solche stoßverbreiterten Linien z. T. bis weit in die Flanken hinein vermessen oder die gesamte Rotationsbande eines Moleküls in einem Messvorgang erfasst werden. Ebenso lässt sich der Einfluss des „molekularen Tunnelns“, der bei symmetrischen Kreiselmolekülen zu beobachten ist und zu einer breiten Absorption bei niedrigen Frequenzen führt, untersuchen.


Publikationen zur Terahertz-Spektroskopie