Spektroskopische Untersuchungen an Technetium und Silizium - Ein Festkörperlasersystem für die Resonanzionisationsspektroskopie

Diese Arbeit beschreibt eine wesentliche Weiterentwicklung des Titan:Saphir-Lasersystems der Arbeitsgruppe LARISSA am Institut für Physik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und dessen Anwendung im Bereich der Resonanzionisationsspektroskopie. Die Entwicklungsarbeiten am Lasersystem umfassten drei Aspekte: die Erhöhung der Ausgangsleistung der vorhandenen Titan:Saphir-Laser um einen Faktor zwei, um damit für den vorgesehenen Einsatz an resonanten Laserionenquellen an ISOL-Einrichtungen optimale Voraussetzungen zu schaffen. Des Weiteren wurden zwei spezielle angepasste Titan:Saphir-Laser entwickelt: Das Lasersystem wurde damit um einen von 700 nm - 950 nm kontinuierlich abstimmbaren Titan:Saphir-Laser sowie einen geseedeten Titan:Saphir-Laser mit einer Linienbreite von nur 20 MHz (im Vergleich zu 3 GHz der konventionellen Laser) erweitert. Die Leistungsfähigkeit des neuen Lasersystems wurde durch Resonanzionisationsspektroskopie hochangeregter atomarer Zustände in Gold und Technetium demonstriert. Aus den gemessenen Energielagen konnte über die Rydberg-Ritz-Formel das Ionisationspotential von Gold bestätigt werden und das von Technetium erstmals mit hoher Präzision bestimmt werden. Mit dem geseedeten Titan:Saphir-Laser wurde dopplerfreie Zwei-Photonen-Spektroskopie innerhalb eines heißen Ofens demonstriert. Bei spektroskopischen Untersuchungen mit dieser Methode an Siliziumisotopen konnte sowohl die Hyperfeinstruktur als auch die Isotopieverschiebung bei einer Breite der Resonanzen von etwa 90 MHz klar aufgelöst werden.

This doctoral thesis describes advancement and refinement of the titanium:sapphire laser system of the working group LARISSA, Institut für Physik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz and its application to resonance ionization spectroscopy. Activities on the laser systems comprised three major tasks: The output power of the conventional titanium:sapphire lasers could be increased by a factor of two in order to match the needs at resonance ionization laser ion source at ISOL facilities. Additionally, the laser system was complemented by a titanium:sapphire laser in Littrow geometry, which ensures a mode-hop free tuning range from 700 nm to 950 nm, and by an injection seeded titanium:sapphire laser with a spectral width of 20 MHz (in respect to a spectral width of 3 GHz for the conventional lasers). The performance of the new laser system was tested in spectroscopic investigations of highly excited atomic levels of gold and technetium. From the measured level positions the ionization potential of gold could be verified by using the Rydberg-Ritz formula, while the ionization potential of technetium could be determined precisely for the first time. Using the seeded titanium:sapphire laser Doppler-free two-photon spectroscopy inside a hot ionizer cavity was demonstrated. A width of the recorded resonances of 90 MHz was achieved and the hyperfine structure and isotope shift of stable silicon isotopes was well resolved with this method.