Abb. 1 zeigt das Experiment zur Laserspektroskopie an kleinen Clustern in der Gasphase. Die Molekularstrahlapparatur besteht aus fünf im Hochvakuum betriebenen Kammern, die der Erzeugung (1), Manipulation(2a/2b) und Detektion (3a/3b) der Cluster dienen. Das VUV-Lasersystem zur Ionisationsspektroskopie von Clustern wird vor (oder im) ersten Flugzeitmassenspektrometer (3a) eingekoppelt und erreicht Energien zwischen 4.9 und 8.2 eV. Das im Bereich von 1,9 bis 5,4 eV durchstimmbare UV-Vis Lasersystem trifft die Cluster während des Fluges, sodass noch genügend Zeit für die Dissoziation bleibt. Ionisiert werden die einzelnen Fragmente über einen 7,9eV Excimer-Laser im zweiten Flugzeitmassenspektrometer (3b).
Die Erzeugung der Cluster findet in einer Laserverdampfungsquelle im Hochvakuum statt. Dabei strömt gasförmiges Helium durch ein speziell getaktetes Ventil in die Clusterquelle. Durch Laserablation eines translatierend und rotierenden Targetstabs entsteht ein Plasma, das durch Stöße innerhalb der He-Atmosphäre abkühlt, woraufhin durch Nukleation Cluster verschiedener Ladungszustände aus dem Targetmaterial gebildet werden. Anschließend findet eine Überschallexpansion des Cluster-He-Gemischs über eine kryogene Düse statt. Bei der Expansion in das Hochvakuum wird der Molekularstrahl von einem Strahlabschäler geformt, bevor eine Zustandsselektion und der Laserbeschuss in der nächsten Kammer erfolgt.
Wellenlängenmischung
Das Prinzip der Frequenzsummenmischung geht auf den Effekt zurück, dass zwei Lichtstrahlen unterschiedlicher Frequenz in einem nichtlinearen Medium einen dritten Lichtstrahl erzeugen. Dieser dritte Lichtstrahl besitzt die Summe der einzelnen Frequenzen beider Lichtstrahlen. Somit kann z.B. aus einem UV-Laserstrahl (300nm) und einem roten Laserstrahl (600nm) gemäß folgender Gleichung ein VUV Laserstrahl (200nm) erzeugt werden.
Damit dieser Prozess effizient funktioniert, muss sowohl die Intensität der Eingangsstrahlen groß genug sein, als auch der sogenannte phase matching Winkel korrekt getroffen werden.
Der Aufbau aus Abb.2 besteht aus zwei Farbstofflasern, welche durch einen Nd:YAG-Laser mit einer maximalen Energie von 1.1J @532nm gepumpt werden. Einer dieser Farbstofflaser (CBRST) besitzt eine stationäre Wellenlänge, während die Wellenlänge des 2. Farbstofflasers (PSCAN) variiert werden kann. Zudem enthält der PSCAN noch eine Verdopplereinheit (SHG), wodurch zunächst das UV-Licht generiert wird, bevor die beiden Laserstrahlen in der SFM-Einheit zu VUV Licht kombiniert werden.
Literatur
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M. Jäger, A. Shayeghi, V. Klippenstein, R. L. Johnston, R. Schäfer, J. Chem. Phys. 2018, 149, 244308.
A. Lehr, M. Jäger, R. Schäfer, J. Phys. Chem. C 2020, 124, 1070-1076.
S. Roth, A. Stahl, Optik, Springer Spektrum, 2019.
