Optisches Energie- und Raumfilter

Zusammenfassung

Bei den Konzentrationsmessungen soll eine hohe lokale und räumliche Auflösung erzielt, aber gleichzeitig möglichst viel Lichtenergie eingestrahlt werden, damit auch geringe Konzentrationen noch eine meßtechnisch erfaßbare Signalhöhe erzeugen. In der Raman-Spektroskopie mit gepulsten Lasern werden überlicherweise Bikonvex- oder Plankonvexlinsen dazu benutzt, die eingestrahlte Laserintensität in den Untersuchungsbereich zu fokussieren [8,61]. Eine hohe lokale und somit auch räumliche Auflösung ist nach Kap. III.2.3 abhängig von der Brennweite der benutzten Linse, der Laserwellenlänge und dem Strahldurchmesser, in [58] auch noch vom Abstand des Lasers von der fokussierenden Linse. Während die Raman-Spektroskopie in der Regel den Gaszustand energetisch nicht stört, kann es infolge von sehr hohen Leistungsdichten im Fokus, wie sie z.B. bei der Fokussierung von Hochleistungs-Riesenpulslasern erzeugt werden können, zu Störungen des Gaszustandes kommen [11]. Eine Einstrahlung von z.B. 4 Joule, die mit dem benutzten Rubin-Laser bei einer Pulsdauer von 20 nsec leicht erreichbar ist, erzeugt nämlich bei einem Strahldurchmesser von 16,5 mm nach [10] in einem Fokus mit dem Durch-messer von 0,1 mm eine Leistungsdichte von 2,6.10¹⁶ W/m² und damit dort eine elektrische Feldstärke von 4,5.10⁹ V/m, also eine Feldstärke in der Größenordnung, mit der auch die äußeren Elektronen an Atomen oder Molekülen gebunden sind. So wurden Gaszusammenbrüche im Atmosphärendruckbereich in Argon und Helium bei einer Feldstärke von 6.10⁹ V/m bzw. 8.10⁹ V/m beobachtet [62], für Argon und Xenon und für Einstrahlfrequenzen im sichtbaren Bereich die Leistungsdichteschwelle zu 10¹⁴ bis 10¹⁵ W/m² [63] und für Luft zu ca. 7.10¹⁵ W/m² [64] bestimmt.