Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Physik

Fachgebiet: Experimentalphysik

Betreuer: Prof. Dr. Stefan Lochbrunner



Dipl.-Phys. Matthias Lütgens
(e-mail: matthias.luetgens@uni-rostock.de )

Ultraschnelle kohärente Raman-Spektroskopie an wasserstoffbrückenbildenden Flüssigkeiten

Intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen sind in vielen Flüssigkeiten verantwortlich für die Bildung molekularer Netzwerke. Um Frequenzen von Eigenschwingungen solcher H-Brückennetzwerke zu identifizieren, wurde in dieser Arbeit eine Methode zur Messung zeitaufgelöster Schwingungsspektren entwickelt, die auf der kohärenten anti-Stokes-Raman-Streuung (CARS) basiert. Dabei werden in dem CARS-Experiment schmalbandige Pikosekunden- und breitbandige Femtosekunden-Pulse kombiniert eingesetzt, um hochaufgelöste Schwingungsspektren messen zu können. Zur Erzeugung der ps-Pulse wurde speziell eine Variante eines nicht-kollinearen optisch-parametrischen Verstärkers entwickelt. Für die Interpretation der Spektren sind analytische Gleichungen abgeleitet und anhand unterschiedlich komplexer Moleküle diskutiert worden. Anschließend wurden die Strukturmotive der wasserstoffbrückenbildenden Essigsäure in flüssiger Phase untersucht. Dabei gelang es, eine verdeckte Mode nachzuweisen, welche einer zyklischen Dimerstruktur zugeordnet werden konnte.

Intermolecular hydrogen bonding in liquids leads to the formation of molecular complexes and networks. In this thesis a method based on coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) was developed for the time and frequency resolved mapping of vibrational coherences, with the aim to extract eigenmode frequencies and dephasing parameters of such molecular systems. With a combination of narrowband picosecond and broadband femtosecond pulses high frequency resolved spectra can be measured. To this end a new design of a noncollinear optical parametric amplifier for the generation of the narrowband picosecond pulses was developed. For the interpretation of the spectra an analytic formulation was derived and validated by applying it to molecules with different complexity. Finally this CARS technique was used to analyze the structural motifs of liquid acetic acid. An additional mode hidden under a broad spectral feature was found, which was assigned to the cyclic dimer structure.