Photophysik

Photophysik ist das Teilgebiet der Physik, das sich mit den Wechselwirkungen von Licht mit Materie beschäftigt, insbesondere mit den physikalischen Prozessen, die auftreten, wenn Elektronen angeregt werden. Im Mittelpunkt stehen Absorption, Emission und nichtradiative Relaxationen, die sich in verschiedenen elektronischen Zuständen abspielen, typischerweise gekennzeichnet durch Singlet- und Triplettzustände. Die Untersuchung erfolgt oft anhand quantitativer Größen wie dem Absorptionsquerschnitt, der Fluoreszenz- und Phosphoreszenzlebensdauer sowie der Quantenausbeute (Quantum Yield). Ein zentrales Hilfsmittel ist das Jablonski-Diagramm, das die Folge von Übergängen und Relaxationen zwischen Grundzustand, angeregten Singlet- und Triplettzuständen veranschaulicht.

Photophysikalische Prozesse umfassen spontane Emission, stimulierte Emission und nichtradiative Relaxationen wie Internal Conversion sowie Intersystem Crossing und Energieübertragung zwischen Molekülen oder in Festkörpern. Die Ergebnisse werden oft durch zeitliche Strukturen von Emissionen und durch die Wellenlängenabhängigkeit von Absorption beschrieben.

Methoden umfassen UV-Vis-Absorptionsspektren, Fluoreszenz- und Phosphoreszensspektroskopie, zeitaufgelöste Messungen wie Time-Correlated Single Photon Counting (TCSPC) sowie transiente Absorptionsspektroskopie. Die Photophysik unterscheidet sich von der Photochemie: Letztere behandelt lichtgetriebene chemische Reaktionen, während Photophysik die primären Licht-Materie-Interaktionen und deren Mechanismen erklärt.

Anwendungen finden sich in Leuchtdioden, Solarzellen, Lasern, Bioimaging, Sensorik und Photostabilität von Materialien. Historisch legten Beiträge von Einstein zur Erklärung von Licht- und Emissionsprozessen sowie die Entwicklung des Jablonski-Diagramms die Grundlagen der modernen Photophysik.