Lebensdauermessung am Ionenstrahl bei kollinearer Laseranregung

Authors


  • Herrn Professor Dr. Dr. E. h. W. Walcher zum 75. Geburtstag gewidmet

Abstract

Die Methode der kollinearen Laserspektroskopie, die sich durch eine Reduktion der Dopplerbreite um bis zu zwei Größenordnungen auszeichnet, erlaubt auch eine Bestimmung der Lebensdauer angeregter Ionenterme nach dem Verfahren des Level-Crossing. Diese Methode ist attraktiv, weil die Ionen im Strahl in fast idealer Weise von Umgebungseinflüssen frei sind. Die Restdopplerbreiten sind allerdings noch breit gegen natürliche Linienbreite und Laserlinie. Wir konnten zeigen, daß in diesem Fall Lorentzkurven erhalten wurden, die mit Summen von Gaußkurven multipliziert sind. Die letzteren sind meist merklich breiter als die Lorentzkurven, überdies berechenbar, wenn man die Geschwindigkeitsverteilung der Ionen gemessen hat. Experimentell beobachtete Einbrüche in der Linienmitte wurden auf optisches Pumpen zurückgeführt und durch Lösen der Bewegungsgleichungen der beteiligten statistischen Tensoren verifiziert. Lebensdauern zweier Terme konnten ermittelt werden.

Abstract

Determination of Life Times in Ionic Beams by Collinear Laser Excitation

Collinear laser spectroscopy of ionic beams provides a mean of determining life times of ionic states in almost ideal circumstances. Perturbing influences of the environment (collisions) are almost absent and due to the velocity bunching effect the luminosity of the method is rather high. The method itself consists in measuring the fluorescence while changing alternately the polarization of the exciting laser beam from perpendicular to parallel to the detector. The difference of the respective counting rates is recorded as a function of a magnetic field applied parallel to the laser beam (zero field level-crossing). The underlying shape of the recordings is not a Lorentzian but a product of such a function and two Doppler distributions. The width of the Doppler distributions exceeds the one of the Lorentzian by only an order of magnitude in the cases considered. Both the distributions are centered around zero magnetic field strength unless the laser frequency is slightly off line. In the latter case asymmetric curves result which are difficult to evaluate.

Moreover, optical pumping may cause saddles in the curve center with narrow oscillations superposed on them. This could be reproduced by writing down the equations of motion of the statistical tensors solving them afterwards on a computer. The alignment shows striking similarity to the recorded curves when plotted versus the magnetic field.

The life times of two excited levels of Ar+ investigated in that way could be ascertained. They are in the range of a few nanoseconds.

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