Die optische Spektroskopie ist ein Wissenschaftszweig, der sich mit der Untersuchung der Wechselwirkung von Licht mit Materie befasst. Ihr Ziel ist es, optisches Spektrum zu ermitteln, d. h. die Abhängigkeit der Intensität der von der Substanz absorbierten, reflektierten, emittierten oder gestreuten Strahlung von der Wellenlänge, aus der sich dann die Eigenschaften des untersuchten Materials ableiten lassen.

Wenn die untersuchte Substanz einen Teil der einfallenden optischen Strahlung absorbiert, kann die zugeführte Energie in der Substanz Übergänge des Systems auf höhere Energieniveaus auslösen. Im Verlauf der Übergänge auf niedrigere Niveaus kann das System optische Strahlung emittieren, durch deren Detektion wir das Emissionsspektrum (Lumineszenz-, Fluoreszenz-, Phosphoreszenzspektrum) erhalten.

Durchdringt ein Teil der optischen Strahlung die Probe, so bestimmen wir die Durchlässigkeit (Transmittanz) der Probe als Verhältnis der Intensität der Strahlung, die die Probe durchdrungen hat, zur Intensität der auf die Probe einfallenden Strahlung. Aus der Transmittanz lässt sich dann leicht die Extinktion des jeweiligen Materials berechnen. Wenn wir die Abhängigkeit der Extinktion (bzw. des Absorptionskoeffizienten) von der Wellenlänge auftragen, erhalten wir das Absorptionsspektrum. Wird lediglich die Reflexion der Strahlung an der Oberfläche der Probe gemessen, handelt es sich um ein Reflexionsspektrum (Reflexionsspektrum).

Bei der Streuspektroskopie wird die Intensität der elektromagnetischen Strahlung gemessen, die aufgrund der im Material vorhandenen Streuzentren von ihrer ursprünglichen Richtung abgelenkt wurde. Die Streuung kann elastisch (z. B. Rayleigh-Streuung) oder inelastisch (z. B. Raman-Streuung).

Das Bestreben, die im Inneren verschiedener Materialien ablaufenden mikroskopischen Prozesse zu verstehen und korrekt zu identifizieren, führt zur ständigen Weiterentwicklung der Methoden der sogenannten zeitaufgelösten Spektroskopie. Diese basieren darauf, des Materials aus dem thermodynamischen Gleichgewichtszustand mittels eines genau definierten optischen Impulses und der anschließenden Beobachtung des zeitlichen Verlaufs der durch diesen Impuls ausgelösten Prozesse. Ein typisches Beispiel ist die Messung der Fluoreszenzlebensdauer oder der transienten Absorption.

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