Benutzer:Onno/CARS
Kohärente Anti-Stokes-Raman-Spektroskopie (englisch: Coherent anti-Stokes Raman Spectroscopy) ist eine analytisches Verfahren zur spekroskopischen Untersuchung von Materie, in der Regel von Atomen oder Molekülen in Gasen oder Plasmen. In der Fachliteratur wird diese Methode unter der Abkürzung CARS geführt. Als Information lassen sich absolute Dichten der untersuchten Teilchensorte, sowie aus der Breite der gemessenen Spektrallinie die Temperatur und aus einer eventuellen Verschiebung der Linie (siehe auch Dopplereffekt) die Geschwindigkeit der Teilchen gewinnen. Zum ersten Mal beschrieben wurde CARS durch P. D. Maker and R. W. Terhune im Jahre 1965 [1]. In den folgenden Jahrzehnten entwickelte CARS sich zu einem der Standardverfahren der Laserspektroskopie.
Unter Coherent anti-Stokes Raman Streuung (CARS) versteht man die nichtlineare spektroskopische Untersuchung der Streuung von Licht an Molekülen oder Festkörpern. Sie dient unter anderem zur Untersuchung von Materialeigenschaften, thermodynamischen Eigenschaften (z.B. Temperatur) oder auch spezies-selektiven Mikroskopie. Der Unterschied zur (linearen) Raman-Spektroskopie besteht in der besonderen Anregungsart, die zwei Laserstrahlen (Pump- und Stokes-Laser) mit geeigneten Frequenzen erforderlich macht. Bei Überlagerung dieser Strahlen entsteht durch die Wechselwirkung von Licht mit Materie ein laserstrahl-ähnliches Signal. Dieses Signal wird resonant verstärkt, wenn die Differenz der Frequenzen der Laserstrahlen einer Raman-Resonanz entspricht. Das Signal erscheint um den Betrag der Raman-Resonanz blauverschoben zum Pump-Laser.
Anwendung
Die CARS-Spektroskopie wird unter anderem in der Plasma- und Verbrennungsdiagnostik, in der Mikroskopie und zur Qualitätssicherung von Diamanten eingesetzt.
Außerdem kann sie in der Biologie zur Sichtbarmachung von Lipiden genutzt werden, die nicht erst durch Fluoreszensfarbstoffe markiert werden müssen.
Hintergrund
Das Prinzip hinter der CARS beruht auf der nichtlinearen Optik. Nichtlineare optische Effekte treten in der Regel erst bei hohen Intensitäten des mit der betreffenden Materie wechselwirkenden elektromagnetischen Feldes auf, weshalb
Die physikalischen Zusammenhänge, auf denen das Prinzip der CARS beruht,
Anwendungen
Coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) is a third-order nonlinear optical process involving a pump and a Stokes laser beam that interacts with the sample and generates an anti-Stokes field. The latter is resonantly enhanced when the difference in photon energies coincides with the frequency of a Raman resonance, which provides the intrinsic vibrational contrast mechanism.
In some sense, the fundamental optical phenomenon resulting in a CARS signal is not really Raman spectroscopy, because the third-order phenomenon produces a weak signal considered as a three-photon interaction of virtual states, as in multi-photon microscopy. However, the strength of the signal is greatly increased when the difference in energy of the virtual state correspond to the vibrational energy of a Raman-active state, which is why we give CARS its special name. This amplification is basically the vibrational contrast mechanism, and the (usually spatially-resolved) CARS signal observed corresponds to the presence (and concentration) of species which are Raman-active at the frequency in question, the difference between the pump beam and the Stokes beam frequencies.
CARS is used for species selective microscopy and combustion diagnostics.
Quellen
- ↑ P.D. Maker und R.W. Terhune: „Study of Optical Effects Due to an Induced Polarization Third Order in the Electric Field Strength“, Phys. Rev. 137, A801 (1965)
- Sylvie A. J. Druet und Jean-Pierre E. Taran: „CARS Spectroscopy“, Progress in Quantum Electronics 7(1), 1-72 (1981)
- Jean-Pierre E. Taran: „CARS Spectroscopy in Applied Laser Spectroscopy“, editiert durch W. Demtröder und M. Inguscio, Plenum, New York, (1990)
