25. Jahrestag der Erstveröffentlichung des STIRAP-Verfahrens
1990 wurde STIRAP (= stimulated Raman adiabatic passage, deutsch: stimulierter adiabatischer Raman Übergang) von dem Kaiserslauterer Physiker Klaas Bergmann und seiner Arbeitsgruppe erstmals in einem seitdem vielfach zitierten Artikel (Population transfer between molecular vibrational levels by stimulated Raman scattering with partially overlapping laser fields. A new concept and experimental results, J. Chem. Phys. 92, 5363, 1990) veröffentlicht. Seitdem hat sich STIRAP zu einem wichtigen Werkzeug der Quantenoptik und in anderen Bereichen der Physik entwickelt. Auf den Tag genau 25 Jahre später hat nun Klaas Bergmann zusammen mit internationalen Kollegen, Bruce Shore aus Livermore und Nikolay Vitanov aus Sofia, in derselben Zeitschrift einen eingeladenen „Review und Perspektive“-Artikel veröffentlicht (Stimulated Raman adiabatic passage: The status after 25 years, J. Chem.Phys. 142, 170901, 2015). Um 25 Jahre Forschung und Anwendungen von STIRAP zu würdigen, wurde das STIRAP-Logo für das Titelblatt der entsprechenden Ausgabe ausgewählt. Viele der Anwendungen von STIRAP werden auch Gegenstand eines internationalen Symposiums „Stimulated Raman adiabatic passage in physics, chemistry and technology” sein, das vom 22.-25. September an der TU Kaiserslautern stattfinden wird (www.stirap.com). 30 Vortragende aus 15 Ländern von drei Kontinenten werden nach Kaiserslautern kommen um mit TeilnehmerInnen aus aller Welt über neueste Entwicklungen von STIRAP in Theorie und Experiment zu diskutieren.
Wissenschaftlicher Hintergrund: STIRAP ist ein Laserverfahren, das verlustlosen Transfer von Besetzung zwischen zwei Quantenzuständen induziert. Der vollständige Transfer der Besetzung wird getrieben durch die zwei kohärenten Strahlungsfelder P und S, welche die Niveaus 1 und 3 über einen Abklingzustand 2 koppeln (s. Abbildung).
Aus der Perspektive des Besetzungstransfers ist es auf den ersten Blick überraschend, dass das S-Feld welches mit den unbesetzten Zuständen koppelt als erstes Strahlungsfeld mit dem Quantensystem in Wechselwirkung treten muss. Die Intensität des P-Feldes steigt erst an nachdem die Intensität des S-Feldes das Maximum erreicht hat. Der Zeitverlauf dieser Strahlungswechselwirkung kann entweder durch Kontrolle der Zeitverzögerung der Laserpulse erzielt werden oder dadurch, dass Teilchen eines Atom- oder Molekülstrahles die räumlich geeignet versetzten Laserstrahlen S und P durchqueren.
Obwohl die Felder P und S mit dem jeweiligen Übergang in Resonanz sind, wird Zustand 2 nicht besetzt: verlustloser Übergang von Zustand 1 nach 3 findet statt. Dies wird durch destruktive Interferenz der beiden Übergangsamplituden ermöglicht. Das STIRAP Schema kann auf jedes Objekt mit Quantenstruktur und geeigneter Kopplung zwischen den Zuständen angewendet werden. Das STIRAP-Konzept wurde auch schon eingesetzt für die Kopplung von Wellenleitern und inspirierte Verfahren für verwandte Prozesse in klassischen Systemen.
Für weitere Informationen:
K. Bergmann, H. Theuer, and B.W. Shore, „Coherent Population Transfer Among Quantum States of Atoms and Molecules“, Review of Modern Physics 70, 1003-1026 (1998)
N.V. Vitanov, M. Fleischhauer, B.W. Shore, and K. Bergmann, "Coherent Manipulation of Atoms and Molecules by Sequential Pulses" in: Advances of Atomic, Molecular, and Optical Physics, 46, 55-190 (2001)
(eds. B. Bederson, H. Walther, Academic Press)