Wie funktioniert ein Laser?

546 viewsPhysik

Wie funktioniert ein Laser?

Wie funktioniert ein Laser?

Walther Bruhn Changed status to publish 7. Juni 2023
0

Ein Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) ist ein Gerät, das einen intensiven, kohärenten und monochromatischen Lichtstrahl erzeugt. Hier ist eine vereinfachte Erklärung, wie ein Laser funktioniert:

  1. Pumpquelle: Ein Laser benötigt eine externe Energiequelle, um das aktive Medium im Inneren zu „pumpen“ und eine Besetzungsinversion zu erzeugen. Diese Energiequelle kann eine optische Blitzlampe, eine elektrische Entladung oder eine andere geeignete Energiequelle sein.
  2. Aktives Medium: Das aktive Medium ist ein Material, das in der Lage ist, Licht zu erzeugen. Es besteht typischerweise aus Atomen, Ionen oder Molekülen. Das aktive Medium wird durch die Pumpquelle angeregt und erreicht eine Besetzungsinversion, bei der mehr Atome in einem angeregten Zustand sind als im Grundzustand.
  3. Resonator: Der Resonator besteht aus zwei Spiegeln, die das aktive Medium einschließen. Ein Spiegel ist teilweise durchlässig und lässt einen Teil des Lichts durch, während der andere Spiegel vollständig reflektierend ist. Dadurch entsteht eine optische Rückkopplung.
  4. Emission und Verstärkung: Durch die Besetzungsinversion im aktiven Medium werden Photonen freigesetzt. Ein Photon, das durch spontane Emission erzeugt wird, trifft auf ein angeregtes Atom und stimuliert es zur Emission eines weiteren Photons mit derselben Energie, Phase und Ausbreitungsrichtung. Dadurch wird eine Kaskade von stimulierter Emissionen erzeugt, bei der die Anzahl der Photonen exponentiell zunimmt. Der Resonator verstärkt diesen Prozess, indem er das Licht hin und her reflektiert und die Photonenzahl erhöht.
  5. Ausgabe des Laserstrahls: Das verstärkte Licht wird durch den teilweise durchlässigen Spiegel ausgekoppelt und als Laserstrahl abgegeben. Der Laserstrahl ist monochromatisch (nur eine Farbe), kohärent (die Wellenfronten sind in Phase) und direktional fokussierbar. Die Eigenschaften des Laserstrahls hängen von den spezifischen Eigenschaften des aktiven Mediums und der Resonatorgeometrie ab.

Es gibt verschiedene Arten von Lasern, wie zum Beispiel Gaslaser, Festkörperlaser, Halbleiterlaser und Faserlaser. Jeder Typ hat unterschiedliche aktive Medien und Konfigurationen, aber das grundlegende Prinzip der Lichtverstärkung durch stimulierte Emission bleibt bei allen Lasern gleich. Laser haben eine breite Anwendungspalette, darunter in der Kommunikation, Medizin, Industrie, Forschung und Unterhaltung.

Walther Bruhn Changed status to publish 7. Juni 2023
0