Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

21 13.4 Laser A1 Lies nach, was man unter Frequenz, Phase und Po- larisierung von Wellen versteht! Wegen der gemeinsamen Entstehung der Lichtwel- le bei der induzierten Emission ist sie in allen ihren Punkten gleichartig aufgebaut ( kohärentes Licht): Die gleichzeitig ausgesandten Wellenzüge weisen die gleiche Phase auf. Wegen der gleichen Energiediffe- renzen in den Atomen des laserwirksamen Materials haben alle Wellenzüge die gleiche Frequenz. Der den Laser verlassende Lichtstrahl ist meist sehr scharf ge- bündelt, weil sich die einzelnen Wellenzüge wegen der oftmaligen Reflexion im Laser weitgehend paral- lel zueinander ausbreiten. Die Art des Laserfensters bewirkt außerdem noch, dass der Laserstrahl linear polarisiert wird. ImHauptbestandteil besteht ein Rubinlaser aus einem Rubinkristall, der zwei ebene, parallele Enden besitzt. Ein Ende ist verspiegelt, das andere Ende wird halb- verspiegelt, sodass ein Teil (≈ 2%) des entstandenen Lichtes den Laser verlassen kann. Zur Energiezufuhr Abb. 21.1 links: Inkohärentes, weißes Licht mitte: Inkohärentes, monochromatisches Licht rechts: Kohärentes Licht Abb. 21.2 Prinzipieller Bau eines Lasers (Festkörperlaser). Zwischen zwei Blitzen einer Blitzlampe entsteht eine Kaskade von induzierten Emissionen, bis nach mehrmaliger Reflexion des entstandenen Lichtstrahles an den planparallelen Spiegeln an den Laserenden die Atome ihre Energie abgegeben haben. Ein Teil der Lichtenergie verlässt den Laser. Das Blitzlicht pumpt Atome mit Energie auf. teilweise verspiegelte End äche verspiegelte End äche Beginn der Kaskade: Ein Photon induziert weitere Emissionen. Die Lichtlawine wird re ektiert und ver- stärkt sich dabei. Der Laserstrahl ist erzeugt. Abb. 21.3 Rubinlaser von Theodore Maiman, 1960 verwendet man eine Blitzlampe, die spiralenförmig um den Rubinkristall angeordnet ist, damit möglichst viel der Blitzlichtenergie in den Rubinkristall eintreten kann. Die Blitzlichtenergie „pumpt“ die Elektronen auf das angeregte Energieniveau. Von dort wechseln die Elektronen auf das metastabile Niveau und dann in der oben beschriebenen Weise stimuliert in den Grundzustand. Dadurch ergibt sich eine Lichtwelle, die aufgrund der verspiegelten Kristallenden als ste- hendeWelle im Kristall immer weitere Elektronen zum Verlassen ihres metastabilen Niveaus anregt. Da die Kristallenden parallel sind und einen genau definier- ten Abstand haben, können sich nur bestimmte Licht- wellen als stehende Wellen ausbilden. Damit wird erreicht, dass spontane Emissionen nicht wesentlich in Erscheinung treten. Festkörperlaser geben Laser- strahlung in einzelnen Impulsen ab. Gaslaser Ein Beispiel für einen Gaslaser ist der Helium-Neon- Laser. Er besteht aus einem Glaskolben, der mit einem Gemisch von Helium-Neongas unter geringem Druck gefüllt ist. Zwischen zwei Elektroden herrscht eine hohe elektrische Spannung: 13.4.2 Abb. 21.4 Prinzipieller Aufbau eines He-Ne-Lasers, wie er in Schulen verwendet wird. völlig verspiegelte End äche teilweise verspiegelte End äche He-Ne-Gemisch (1,3 mbar) Anode geheizte Kathode Laserstrahl BW6/K9 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum de Verlags öbv