"Bei der kollinearen Laserspektroskopie wird ein Laserstrahl mit einem schnellen Atom-, Molekül- oder Ionenstrahl parallel überlagert. Durch die schnelle Bewegung der Teilchen in Richtung des Laserstrahls kommt es zu einer Verkleinerung der Dopplerlinienbreite durch die thermische Bewegung der Teilchen. Indem man die kinetische Energie der Teilchen erhöht, lässt sich die Dopplerlinienbreite soweit verringern, dass man die natürliche Linienbreite eines atomaren Übergangs beobachten kann.
Die Breite der longitudinalen (in Strahlrichtung) Energieverteilung in Abhängigkeit von der kinetischen Energie eines Teilchenstrahls wird beschrieben durch folgende Formel:
wobei . Damit folgt für die Breite der longitudinalen Geschwindigkeitsverteilung:
Wie man sieht, schrumpft die Breite der Geschwindigkeitsverteilung mit steigender Geschwindigkeit des Teilchenstrahls. Gleichzeitig verschiebt sich die Frequenz des von einem angeregten, sich bewegenden Atoms/Ions emittierten Photons durch den Dopplereffekt. Die Frequenz des Photons im Laborsystem berechnet sich gemäß der Dopplerformel zu:
wobei der in der speziellen Relativitätstheorie verwendete Quotient der Teilchengeschwindigkeit und Lichtgeschwindigkeit ist. In obiger Formel ist „+“ relevant für Situationen, in denen sich das Teilchen auf den Beobachter zubewegt, „−“ wenn es sich vom Beobachter weg bewegt.
