Die Vorlesung zur Atom- & Molekülphysik nimmt die Schlüsselposition im Studium der Physik ein. Sie behandelt die wegbereitenden Experimente, Erkenntnisse und mathematischen Konzepte, die von der Klassik zur Quantenmechanik führten und legt damit den Grundstein für die gesamte moderne Physik.

Ausgehend von den ersten nicht mehr klassisch erklärbaren Experimenten wird die Entwicklung der Atomvorstellung und Quantenphysik nachgezeichnet und hieraus schließlich die Quantenmechanik abgeleitet. Die mathematischen Inhalte der Quantenmechanik - insbesondere die Schrödingergleichung - werden dann zur quantitative Erklärung qualitativer Eigenschaften atomarer Vorgänge herangezogen und eingehend diskutiert. Darunter fallen z.B. Atomspektren, Molekülbindungen und Licht-Materie-Wechselwirkung. Darüber hinaus sind auch moderne Anwendungen der Quantenmechanik wie z.B. der Laser Thema dieser Vorlesung. 

Begleitendes Material zu den einzelnen Themengebieten wird unter folgenden Links bereitgestellt:

• Mathematische Grundlagen
• Entwicklung der Atomvorstellung
• Entwicklung der Quantenphysik
• Grundlagen der Quantenmechanik
• Das Wasserstoffatom
• Mehrelektronensysteme
• Licht und Materie
• Grundlagen der Laserphysik
• Moleküle

Um eine sinnvolle Teilnahme an der Vorlesung zu gewährleisten, werden Kenntnisse in diesen mathematischen Teilbereichen dringend empfohlen.

Inhalt folgt

• Die Femtosekunden-Zeitskala
• Einführung in die Fouriertransformation
• Erzeugung ultrakurzer Laserpulse
• Femtosekunden Pulsformung
• Pulscharakterisierung (Messung)
• Grundlagen der Atom- & Molekülphysik
• Grundlagen der Moleküldynamik
• Einführung in die Licht-Materie-Wechselwirkung
• Beobachtung und Kontrolle ultraschneller Dynamik
• Anwendungen

In diesem Seminar werden theoretische und experimentelle Elemente der Femtosekundenspektroskopie behandelt. Die Studierenden wählen eines der u.g. Themen aus und bereiten zu diesem auf Basis angegebener Literatur selbstständig einen halbstündigen, präsentationsgestützten Vortrag vor, der vor den Teilnehmern des Seminars referiert wird.

Folgende Themen werden angeboten:

1. Grundlagen des Lasers
2. Ultrakurzpulslaser
3. Dispersionsmanagement und Pulsformung
4. Elemente der nichtlinearen Optik
5. Pulscharakterisierung
6. Semiklassische Licht-Materie-Wechselwirkung
7. Wellenpakete
8. Kohärente Kontrolle ultraschneller Dynamik
9. Beobachtung chemischer Reaktionen und experimentelle Techniken in der Gasphase
10. Steuerung chemischer Reaktionen
11. Reaktionskontrolle in der flüssigen Phase
12. Ultraschnelle 2D-Spektroskopie
13. Laser-Mikroskopie
14. Fs-Laser Materialbearbeitung an Dielektrika und Nanochirurgie
15. Ultraschnelle Beugungsmethoden
16. Abbildende Photoelektronenspektroskopie
17. Photoelektronen Zirkulardichroismus
18. Few-cycle Laserpulse und CEP-Stabilisierung
19. Attosekunden-Laserpulse und ultraschnelle Elektronendynamik
20. Freie Elektronen Laser: Ultrakurze Röntgen-Pulse und ihre Anwendungen

Weitere Informationen zu den einzelnen Themen finden Sie auf der Seite zum Seminar.

In diesem Versuch wird ein diodengepumpter Nd:YAG Festkörperlaser mit unterschiedlichen Resonatoren aufgebaut. Neben der fundamentalen Wellenlänge von 1064nm wird ein KTP Kristall zur Frequenzverdopplung in den sichtbaren grünen Spektralbereich verwendet. Es werden Kenngrößen wie Modenprofil, Divergenz, Strahlparameterprodukt, Ausgangsleistung und Effizienz untersucht.

In diesem Versuch werden Kenntnisse über Lasersicherheit und das aktive Arbeiten und Justieren von optischen Aufbauten vermittelt.

In diesem Versuch werden die Grundlagen der Fourieroptik vermittelt. Dazu wird ein 2D Lichtmodulator eingesetzt, um Amplituden- oder Phasenmodulation zu verwenden. Mit unterschiedlichen Aufbauten werden Beugungsgitter untersucht, Modulation inder Fourierebene eines 4f-Aufbaus sowie die Erzeugung von optischen Vortizes.

Im Wintersemester werden die Themen Mechanik, Elektrodynamik und Thermodynamik behandelt. Im Sommersemester behandelt die Vorlesung die Bereich Optik, Atom- und Molekülphysik sowie Festkörperphysik.