Top Banner
Prof. Dr. C. von Borczyskowski Aspekte der modernen Optik Vorlesung vom 20.05.2010 Spektroskopie
53

Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

Aug 03, 2019

Download

Documents

doanthuy
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

Prof. Dr. C. von Borczyskowski

Aspekte der modernen Optik

Vorlesung vom 20.05.2010

Spektroskopie

Page 2: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

30.000

'I. 'f ., k•

-~0 . .11 ~~ .. • ~

3 GH~

o ./.12. IrJ If"I'I, (' I Co'","", - A .­10

~

Page 3: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung

(Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen), Dieelektrische Spektroskopie, Akustische Spektroskopie

• Quantenmechanischer Ansatz: (Eigen-) Energien,Wellenfunktionen, Übergangsmomente

• Bom-Oppenheimer Näherung: Separation von Elektron-, Kembewegungen (Schwingungen)

• Heisenbergsche Unschärfe-Relation

• Kohärenz

• Kontinuums Ansatz: Dielektrische Konstante, Absorption, Brechungsindex, Reflexion, Polarisation

• &ektrale-, zeitliche Auflösung, Emefindlichkeit, Mikroskopie

Page 4: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

Molecular Orbitals

• Covalent bonds, lonic bonds, Hydrogen bonds

• Linear Combination of Atomic Orbitals (LCAO)

• Hybridisation

• Important Atoms: • H -1 ~ )2 • C z .. (2 /j);' 2 .>( (2 1') t:1 r:·

• N 2-,,(2"3); $){(2.p)

• 0 2 x ( 2 0»;' I-{ J.: (2/')

· s '2 K Lj Cl) ) 4 x ( sI')

• Metalls: Fe, Zn, Mg, Mn, ...

Page 5: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

2

c ,

verschmolzenes getrennte Atome Atom Molekül

0_,

. >.

;, -~:.~" '

". .,'

I. I.ls

0 0. .' .~" '.. .....:····,· 0·''',. "'· 0". '.. ' '.'.-' . . ,.' . . .. ,'

, .. " ,.'

2p~

2p"

Q()-(JQ

2p,

Bild 11.3 Beziehung zwischen den Orbitalen getrennter H-Atome, von H2<~..foJckülen und den Orbitalen dcs verschmolzenen He-Atoms

t:::_ ,,. _ ..,'

Page 6: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

x

z i, z

]

x

c. (a) spZ-HybridwellenCunktionen (Il) P. Wcllcllfuilklioll

Abb. 5·20. WellenfuI'ktlonen, die aus sp'-Hybridisierung resultieren.

(5.10)

Page 7: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

,'.

." "

", :)U

-'li

• .,

'. , "1 ,.)'

Abb.2.26. Form d., blnd.nd.n und .nUbmd.nd.n MO Im lJ.nzoImoIoIr.iJl ,,'

Page 8: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

E

-3 -2 -1 o 1 2 3

k =-2

k=-1 * k=1

f

* k=O

Page 9: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

• • •

"Jablonski-Oiagramm"

E

Ionisierungsgrenze

••

. ...

.. -•.... •;

ISC., -rS V 1 IC

I

.-•• ISC

ssionAbs.

Phosphoreszenz

iJ

! IC. . . ~ .. I

j •t 11 .1

~ ~ --

Emi

.-~ - .. -

- ­

Singlettzustände Triplettzustände

S = 0 S = 1

Page 10: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

Energy Scheme: Jabonsky Diagram

• LeAO

• Hybridisation

• 2-Electron Levels.

• Pauli Principle

• HOMO - Lumo Orbitals (Highest occupied molecular orbital - lowest occupied molecular orbitals)

• Born-Oppenheimer Approximation

• Vibrations: - Bending

- Stretchin~

- Scetal modes

- Phonon modes

Page 11: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

1 i

~

I

E 1,5-105 u

0,5 -105

0,95-105

cm-1

0,05 0,1 0,15 0,2

R(nm) •

Page 12: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

f----X------j

Page 13: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

•••

•••

•••

Oprical properties of organic molecules and aystals

\ \\ \ ,I

\ \1 I

\ Ij

S,

-==~_._-- .....[d s,

T, c:

.;;;o­u ~ ',,:.g I

u crossingu c: c:

u.~

- u ~ -0

Ö. u0

.0 ~

.=:! « '.t..

s, _ ............_.L.I......_z.__......:.:.,'~_=_';';'O;...._......~.·Lb=d

...

c:" ... )1l r:: k.

--++-.--HI-l--.............-+--- __ ~~ter~.:t:~ __

k, 'k Intersystem04- _

c: .g Co

o ­.0 ~

<: f ­I

f-

I I o I Iu 1 I c: o I I 1 u I I I ..... ~ . I I I öu

I I I';::;-o 1 I I c..-= Co I ! ! :;I I , .1

~ I I I '_' ,_. -= :..... I I I ~

I I I ~

11. {111 5",,;.'.:,·..I'...l.1.L.' _

Page 14: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

-------------

---------- ----

o r0

o C\J

l() N

............... -" ~)-­- -,­

r:::. __

----~-­r-------­ .... \

-1..,\

"-­... Cl VI

-(l

~I

-

/ __ f'" _.... -­_.... ­<:...--­

--_...> ------' ...._--­---­ ----====:.~-,-----­

r-==::: ----­----­ ........ ---­-.:::--­--.r~~ _

-­o o

fr_-_-=~:::---

--====3._____ -S--- ­

.... r­,,,

c-::-------"'" I

-----::"

-r0 1 o x I::.

Page 15: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

~(,l' 6.. ~c~:1r e_c"~SI" f!!-IUf~~ !'1 . I .

W Molekül Absorption0>

E 5

Benzol 2550 $.1) 1

Naphthalin 3150 $.CO Anthracen 3800 $.CCQ

3 Tetracen 4800 $.A A A ACCCO Pentacen 5800 $.

A A A A ACCC'CCJ 2

" Ci O'----'-------'-----'-----'-------'""-----.....J

500 500 400

Alnml - ­

\

\

CCCJ 00\

\

Ci

20000 25000 30000 135000 cm­

--~

Page 16: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

Zeitauflösung, Empfindlichkeit

• Femtosekunden - Monate (22 Größenordnungen)·

'"• Isolation

• Stabilität

• Detektoren

• "Effekt" - Modulation

• Kodierung

• Markierung

Page 17: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

Spektrale Auflösung

• Hei.;enbergsche Unschärferelation

• Homogene Verbreiterung durch dynamische Prozesse

• Inhomogene Verbreiterung durch statische "Unordnung"

• Ensemble- Zeitmittelung

• Kl'häiente Verfahren, DOllPel-"Resonanz"verfahren

• S1!...ektralc Selektion Lochbrennen), Einzelm(Ilekültechniken

Page 18: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

a.z(w-w')

I I 1

I 1

1

1 I 1

1- 1-)" I 1

1

I 114--/::,_1

1

---....::::::::....-----i~---=::::::::..--------=::::::=- w w'

Page 19: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

0<:(

Lf)

t'­CO Lf)CH 3

. HF H

100<:(3NAN

0In1 0 t'-Lf)NyN

0 CHHF 3

eH 3

5900 5500 ~

0<:(

M ZLO -0 <..9LO ­0::: 0

0<:(

Lf)

r--. co Lf)

6500 6100 5700

WAVELENGTH (Al

Page 20: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

z l')

0:: o

0<J:

' >­t­

lfl r--­Cl) Lf)

,,.

lf)

Z W t­Z

z o lf) lf)

,, .

2: w

I .

6500 """61OlJ:' , 5700

WAVELENGTH'(ÄI I'

FIGo.1. The absorption and laser7 indu.ced (at 5700 A) emission spectra of DMST in' durene at 2 K.

(frort) 1-1. de Vrie~ ohd 1).A. v./le.\"s;mo; 'P~y~, Re.II. le1t-. 3"/~1, IH~;'

Page 21: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

I 0 ,

I I

E­~

0 0 0

, ~ '-', .j

"­-'\ . ...

~y.

0 I ~

E' -u M

~ V\

oS

~

'E u

0 L.() ..-­

I

0 ~

1O or­

'-J o •

~ 0

I ­

"'\ it

T-x

N., -­ -­ '-'

•• ~1-- - - - -0

0 :0 \.0 or­

..::so

=

J -

-..---------­E u >

-o -..0

CL N

I

Page 22: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

~-~-~-~-------------------.R10

E c

o <D \()

o 10 \()

c:o U

co I U C-:l<:: -Q..:'::

C~~8 N(1) N~ o

(1) I{)

o-IC)

@

0 o (j

(\J

o

@

.(1)

0 .

Page 23: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

1 2 3 4 1 3 2 4

---f~-'.....:...'"­ +­~[>

~-~-f- *--+ A* B A s·

Austüusch - vV2chselwirkung

1 2 3 4 1. 2 3 4

-t-t -t­; L> •

+i--i-f- -ft--i-A· B A sf-

Coulomb - VIechselwirkung

Page 24: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

--

'r", rlo1eküle

$1 fv

1.( 0"//////////(/I'!mn - "

JAA(k)h_~V

J 1\B (k)I !

tlEf . tlEf+tlD f n n n

So I:mn 1 ,

'\I

I 4

~nregungsenergie fUr Bandverschiebung durch die Bandstruktur und Davydov­

9ine MolekUlanregung Ww mit den anderen MolekUlen Aufspaltung

:im MolekUl n. im Kristall. +,+

~Ef = «.,f IH Icl> tlDnf

-­ L «'f~fml Ymn Ilf~ f m> E f (k) = 2J cos kb n n An n + AA

mfn -+ -+ -+ -+ -+ -+

+2JAB[cosk(a+b)/2 + cosk(a-b;- <Cf IH Ilf ». <'fmlfn IYmn Ilfm:fn >).n An n .,,~ c.... •ß..... .c.I~ ..-A'~" ~

- <

0.000 cm-1 <tlE~ <30.000 cm-1 tlDf typisch'" 1.CXXl cm -1 D3.vydov-Aufspaltung T1 typisch 10 cm-1 n

!

_11­$, 100 an '

Page 25: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

--

cl

bl

el

c,.\

I i

v lern-' I 17200

1060 939

't I,

".--< I

I I

.k.,,,, , :

I

16800

-2. I,, , I

I

r I

0-0

rTf'

16LOO

0-0

f ,j!/

l_ • .\ i-~, 1....(.:..-­1/'

l_-Jl_ !

~olebur :11 cre

.1

'\ . . .I

• ''--- _// ......',1

"

Fig. 1. Excitatio spect um of free-base porphin (H-z P) .: T ·4.2 K: (a) in n-heptane (CIYstal) with broadband detection of l1uorescence; (b) in MTHF (gIau) with broadband detec­tion of l1uoresccnce; (c) in MTHF (gIau) wlth narrowband de­tectlon of nuoresoence; (d) in MTHF (gIass) wlth a photo­ • chemlcal hole burnt I to the 0-0 transition and br ,adband d.tectlc:m oe l1u( rt'S<'"mce.'0

Page 26: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

; .­

c .'2 d. ~

o Vl

.D o

v, Vo

pholoproduc.t

v, v •

.. \ '. .-­

__~,....-~ Ar· -

I

8

1---

nA 'mfler

! _.l'· ! .....;~ ~j' .. . ,sempie-

L. ..... SL. ..

('~% ?:= " cryostot

PO }-- leser

'-----I LI 5

n A m~ler monochromator

r ,I

I IHV II PM 1I -----­, I),-'.11

I FP L - __________ .J- -- .

Hlchelson· wavemeter

Page 27: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

H "'N--.-,(\ ~

,

\

(1 ) .r;-;:;lSlil[ VL:.-J

H H

0-0

(2)

(1) (2)

(1) (1)

(2)

(2)

.....J"-~~----.Ä..--J\.- .

16331 16266 14700 cm- 1

Page 28: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

Single Moleeule Detection

-Principles of Optical Spectroscopy of Organic Moleeules and Nanoparticles

-Single Moleeule Detection Schemes

-Application to Moleeules

-Application to Nanoparticles

Page 29: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

Single Emitter

Single Emitter in a Crystal at low T

~~ I

>­0) ..... Q) c Q)

"

~

zero phonon line

10 MHz (10-3-10-4 cm- 1)

phonon wing

frequency

1several 10 cm­

• probes nano-environment static & dynamic properties

• providies information on the members of an ensemble

• may show up new physical effects

- blinking - photobleaching in one step - bunching/anti-bunching of photons

Page 30: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

Geordnetes Gitter

I~

Y

I~

homogene Linie

1

c .2- 2 \.. o Vl

.D « 3 .. wW,·W,·W,

amorphes Gilte

\ \ '- 1­'­\2\ r ­

\

.J.. -.... ""'-.j...

\ ~IL--­.......

( /'"' ) I

c: o.­-Q.... o 1/1 .Q «

inhomogene Linie

2

(0

Page 31: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

. '. ...

j\'AVE)!"L:-1BER / cm- 1

16886 16883

'. ".

/ 1-;",,.. ~'.f'". ,­ -

-' • I" ..,. ~ ~ . f'

C

B

.,:••~ • ..l...

. .' .. ",: .. . '\.... .~

30 GHz

f---------I

".' .;, . . .': " ..:

UJ Z

z~~ ~-

D :_'_i_:'-----'''----'__'_,_,_~._·._.

+-E\CITATIO.\ fREQCE.\CY

II 500 .-- '.:c..""... -----,

""-..,

o ~

_.,

o .. /../. .. \ . , 0.05 GH:

EXCITATION FREQ(jE~CY

Page 32: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),
Page 33: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

4l:.~ X ~ SI .... Jf ~ y11t'-' Jf

/

.MWI I

,II Z I / 9(}o~.sLASER '" ,'~

/VI I I

~

1 S_o",---__

~hV

-

Page 34: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

III

!lilllll~11

Page 35: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

80

70

60 . -+--' c Q) 50 ü c Q) 40 ü Cf) Q) 30I.­

0 :::J 4­ 20

10

0

Terrylene moleeule undergoing quantum jumps to the triplet state

plus jL'mps to another (frequency) state

o 1000 2000 3000 4000 Time / 100f.ls

Page 36: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

C /\ 0.- ~I

..p.lI -l. ICO 'lJ- '---' Q) '\l L- I ~\ L- 0­e 0 .-0 -~ ~'" C)t) 'lJ c......

Ü '---- ~ .-(J)0 e I \'-\ co..p.lI :::J ~II"J ...c::J lL.

"~ C) c 0­

e:::( e (1)

...c 0Co)0 II C).- CC ­...... C::J 0 .­-CO ~ ..c :.;::; ...c

Q) (-J :.;::; CO Co) I- --...~ C - C I- oe:( Co) :::J

'-.->0 ~,

I (J) ..c Ü <r\:::; c 0 c

0 I 0e -+-' -+-' 0 ..c 00...... ...c CO ...c

0 0.. 0:: 0.. ~ I I I0­

Page 37: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

Densityn1atrix 5 - Level System

• Microwave - optical Blochequation

W -0 cos W t 11 L

-0 cos W r w22

W A cos wJ xxH/h W yy

-A cos wrJ. zzL W

Brown et al.

J. C. P. 1994

Correlationfunction

2 (l(t) l(t+-r;)) g (-r;)=

(1(t))2

Page 38: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

\f)

"T

0 0 0 ......-I

0 0 ......-I

0 ......-I

......-I

--;;2:

......-I

· P 0

......-I

0 •

0

......-I

0 0 · 0 ......-I

0

'.\'

. . .~ . ..\

,~---~, " . . , ..... ;, '\,

~\ . . -."".!,,) ,

~"l

'>""'! • .X I>~ .... ~

'-Z~0,' ~

\ 4: .~_.­S d:l

C <iT',.. ..... . ~

~ ~,

r.f.\ ~ •.,., ..... ~.

"''"

I I I I I 1 0 0\f) M \f) (".l \f) ......-I \f)"T 0. . . . · 0M (".l ......-I 0

T- (97 '3

Page 39: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

;- ~500 C/J

!!! ':;;000 c i5 \500 (j

..2 1,000o.c: Q 500

o

"­.:; 600

.:J ~

(] 400 o

J! ~

200

Q~,11 o 0 \'

{'. lf\. ...-Q L~-0"II~1 -::- "ilJY·.~~~~ ~ .-> \.;:~~ t:'3 0 ",\.~..... .... . ."'"'' '~:.~.:::'.::.:<~

-../ 0 n 100-100 ,J

Loser detuning (MHz)

Page 40: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

~

ö3 c c 220 ('j

..c u 200 .'Jj ~ ---c 180 ;:; 0 160 '-' u

140 ~.->-.

120on c Il)

- 100 c Il)

80 ~

u c 60 Il)

40u on Il) .... 0 20 ;:; ~

>.I., 0

0 5 10 15 20 25 30 Optical Frequency (GHz)

Page 41: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

--I

vvv coun s s)

o.. .p..

N (Xl

(Xl 0

f-L N 0

NOL----===­

~~ ~# 00 ­-CDCD AA c:(J) c: f-LN

--=::...-----.J

Page 42: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

Correlation spectroscopy on rnolecules undergoing frequency shifts

System: Pentacene in p-Terphenyl

3.5

~

;:l 3 cd

'-" ....­:ro 2.5....­.­.--c'"C)....- 2 .....N c 1.5<I.l N <I.l '" '"'0 1 MI ;:l-~

0.5 0 50 100

Zeit (s)

Autocorrelation function of fluorescence intensity yields typicaI correlation times:

150 200

. ­~ '-'

NbJ)

I 0.9

0.8 / 0.7 r

0.6 0.5

0.4

0.3

1 J

0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 "C (ms)

Page 43: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

--

1;' c: l-'(

400

350"r 300

250

200

150 1800

1600 ~~

I• .-, 1400

1200

1000 0 200 400 600

f [5] ­

, ?....,~ ­

Page 44: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

---

---

1000

~800"3 =600Cl Cl

~

.-~itj200 .fl-= 0

5 55 Time (s)

1000 ~

~800'" ~600 Cl Cl ~

~ '~200

.fl 0..s 0

9000 .

3 ~

Cl Cl Cl Col '-'

~ .~

-.fl 0

1:1 0

200

Time lß

Time (s)

A

155105

B

15 20

C

400 600

I

Page 45: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

T=4.2 K Dye moleeules2000

0 0 5 10 15 20 25 30

Control--:::J 600 I

cu '-'

>. 300+-'

In C 0

+-' c Q)

0 5 10 -Q) () ~ T=4.2 K c Q)

600 () In Q) 300 ..... a :::J 0 u- 0 5 10 15 20 25 30

2000 I T I 1.5 K

1.1. . ~ .L~~""H"Lt", ..._ J. •• ,- J)r"~"""'''''', If'~(Glas)

i i i i i i01 I I i I i i

0 5 10 15 20 25 30 Laser detuning (GHz)

Page 46: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

Dynamics of t1uorescence intensity of single Inolecules

I. confocal images of single R6G moleeules (scan 1.2 x 1.2 ~lIn2)1

• temporal evolution of fluorescence intensity of single molecules

-·-r--------.-- --_._-,--- ­ 2 0 I--~-----r-'-----'-1 9 I f

,. 5

,.

\YW ~ ~-~~~ o 5 20 25 20 30 40 50

o.o~1

l __.__ .~ ..L--_-----,--_..........l..--_~__-L_~__--'-_

tJs tl s

I

Page 47: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

0.1 /-lm

550 600 650 700

Wavelength (nn1)

NATURE· VOl 369 . 5 MAY 1994

Page 48: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

-soo

400

300

~ - 200 r, ,Ir" ...... . ......

8 100 VJ ....... c=',0,

U 18thmin

50

20th min

o

okrJrjM'

Average fürfirst 17

~

min

,....;.

550 600 650 700 Wavelength (nm)

Page 49: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

Nitrogen Vacancy Defect (N-V centre)

- induced by electron iradiation (electron energy >300 keV)

- different charge states known

- weil studied by PL, RAMAN, ESR,ODMR

- high photostability

3E 1

?

> Q) E

" ~1A L{) C '<:tr--., ~C'J

I / /,......<0

3A --~t-~

Page 50: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

90000

12500

10000Cl>....... rn

~ X FWHM =0.33Jlm~ 7500 ....... c ::J o 5000ü

2500

00 1 2 3 4 5

lateral position (~m)

Gruber et al. Science 276 (1997) 2012

Page 51: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

I

single N-V centers fluorescence spectrum dynamics

1.21 Iin diamond......... BOO

(\:::J

~ 600 Q) P 1.1üc: 400 '\ -l1.l ~ ü eil 200 ),1 \l1.l "",..... 0 zero phonon line ~ :::J 10

l:i=

600 650 700 750 BOO~O 900 0.1 1.0 10

'T (ms)

wavelength (nm)

~ '"8 ~ lifetime ODMR spectrum

--L./=--_ ~~.100 ,I , I

0.0

1,05'-1

.....:::J

ro

l1.l ü c: 095 ~ , t1}

~ 0,90 o :::J- 0851 !,t

, 2840 2860 2880 2900 2920

monoexp.: ,th=11.6±O.7ns "

500 1000 1500mlcrowave frequency (MHz) decay / (20ps/channel)

Page 52: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

80000 ,-------------::;;-;:====:;:::::;::=================]1,

optical Frequency (GHz)

Many 60 l 2,! 1. I Molecules-""""" ,,50! ,I I i

. t d40 I :[ ,...-...

~ 76750 i:: I ,1\ I Jil I ,1"1111o

'-" "* 10 ~~!~,~!J lr,~/M 11~'\~1 ~~~~I~I~W~IWf\~~r~!I~~ OLl~~'-~-~.2­

"ü'j o 0.5 1 1.5 2 2.5 3C (!) +­

~ 73500 ü c (!)

Molecule1.ü Cfl

~

g 70250 LL

"'= '=" Moleeule1

L-----'--_-.ll-:----'----~-;:--~-'---T-;:I;---L-~I;----,----------;J670000 0.4 0.8 1.2 1.6

Pulse Duration (J..ls)

Page 53: Aspekte der modernen Optik - tu-chemnitz.de · Spektroskopie • Absorption, Emission von elektromagnetischer Strahlung (Optisch, Infrarot, Raman, Magnetische Resonanz, Photoelektronen),

• •

N ~

<I N ~

0

t Q) ;>,c ­. ­ -Cl.. x

"'0 a.> Q) IC ~

Q) Q) ;> -=::::::: "'0 -Cl.. ..c CO -=:::::::0 .....E ..ClQ) .....(J)(J) Q)

::::Jc 0 :!::: ­iQ)W c E Q) -=::::::: Q)

c 0) CO(\j 0 Q) ::::J E -=::::::: ..Cl "'0C.- 0 E>..c Q)"'O(J) c (J) cl.... . ­ c .­Q) Q)Q)...... . ­

E c~

c - 0

W ~o -0 c c 0 .0 c-o CO

E -c :;::; E CO .....Q)

/- -

/

ES:::J l.... E ..... cc o .­-c..> 0 c 0Q) ..... ._ C.­Q.. >

Cf) Q)c

(J) ::::J 0 Q) c Q) 0)

e Q)

Q) -..c