Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

20 Emission und Absorption von Licht 13 Diesen Besetzungszustand nennt man Inversion: Das Verlassen dieses Zwischenniveaus kann aber durch günstige Bedingungen sehr erleichtert werden. Eine solche günstige Bedingung liegt vor, wenn das Atommit Licht bestrahlt wird, das durch den gleichen Energieübergang von einem metastabilen zu einem tieferen Energieniveau eines gleichartigen Atoms ent- standen ist. In diesem Fall verlassen Elektronen ihre Zwischenniveaus gemeinsam, was zu einer Verstär- kung der erregenden Lichtwelle führt! Abb. 20.1 Besetzungszahlen im Lasermaterial. Energie E E 0 E 1 E 2 Anzahl der Atome des Lasermaterials n 0 n 2 n 1 Durch die längere Ver- weildauer im metastabilen Zwischenniveau ist die Besetzungszahl vor- übergehend größer als im energetisch tieferen Niveau . E n E 1 1 0 Abb. 20.2 Spontane Emission Ein angeregtes Atom ... E 1 E 0 … gibt Strah- lung ab. Abb. 20.3 Induzierte Emission E 1 E 0 E 1 E 0 Auftre ende Energiequanten veranlassen angeregte Atome … … zur Emission von gleichartigen Quanten. Abb. 20.4 Vergleich der Lichtaussendung durch einen üblichen leuchtenden Körper (links), und durch ein laserwirksames Mate- rial (rechts). Die Bildfolgen zeigen in sehr kurzen Zeitintervallen Anregung Anregung/Emission Emission „Pumpen” Inversion induzierte Emission Bei der spontanen Emission im linken Bild werden durch Energiezufuhr Elektronen in angeregte Ener- gieniveaus versetzt. Sie verlassen diese unabhängig voneinander unter Aussendung von Lichtwellenzü- gen (Lichtquanten). Bei der induzierten Emission im rechten Bild werden die Elektronen zuerst durch das Pumpen in ein ange- regtes Energieniveau gebracht, das sie unter Energie- aussendung wieder ungeordnet verlassen. spontane und induzierte Emission von Lichtwellenzügen. Dabei wurde von jedem Atom eines Kristalls höchstens ein Elektron auf dem ihm zugeordneten Energieniveau eingezeichnet. Dabei verharren die Elektronen auf einem Zwischenni- veau. Man bezeichnet diesen Zustand der hohen Beset- zungszahlen eines angeregten Zustandes als Inversion. Durch einen Wellenzug, dessen Energie der Energiedif- ferenz von Grundzustand und metastabilem Zwischen- zustand entspricht, werden die Elektronen des Zwi- schenzustandes zur gleichzeitigen Energieabstrahlung in Form gleichartiger Wellenzüge veranlasst. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv