Laser - Physik.

« konstruierte der amerikanische Physiker Peter Sorokin den ersten auf einem flüssigen Medium basierenden Laser.

Es folgten verschiedene Laser auf Halbleiterbasis. 4 LASERTYPEN Entsprechend dem jeweiligen Arbeitsmedium unterscheidet man grundsätzlich Festkörper-, Gas-, Halbleiter- und Flüssigkeitslaser. 4.1 Festkörperlaser Die gebräuchlichsten Festkörperlasermedien sind Stäbe aus kristallinem Rubin oder Neodym enthaltenden Gläsern oder Kristall.

Die Enden eines solchen Stabes sind alszwei parallele Flächen ausgeführt und mit einem hochreflektierenden nichtmetallischen Spiegelbelag versehen.

Festkörperlaser bieten die höchste Leistungsausbeute.

Siewerden üblicherweise in gepulster Betriebsart benutzt, um einen kurzzeitigen intensiven Lichtblitz zu erzeugen.

Kurze Pulse in der zeitlichen Größenordnung von 12×10 - 15 Sekunden sind erreichbar und wichtig, um etwa physikalische oder biologische Ereignisse von kürzester Dauer untersuchen zu können.

Das optische Pumpen geschiehtmittels Xenon-Blitzröhren, Lichtbogen- oder Metalldampflampen.

Die Frequenzbandbreite kann in den Infrarot- und Ultraviolettbereich erweitert werden, indem mit Hilfegeeigneter Kristalle die Ausgangsfrequenz des Lasers vervielfacht wird, Frequenzen im Röntgenbereich werden erzielt, indem man Yttrium mit Laserstrahlen beschießt. 4.2 Gaslaser GaslaserEin Optikversuch mit Argon- (roter Strahl) und Neodymlaser (grüner Strahl).Daniel Quat/Phototake NYC Das Lasermedium eines Gaslasers kann ein reines Gas, ein Gasgemisch oder Metalldampf sein und befindet sich zu diesem Zweck normalerweise in einem zylindrischenGefäß aus Glas oder einem Quarzrohr.

Die zwei Spiegel, die den Laserresonator bilden, sind außerhalb dieses Gefäßes angebracht.

Gaslaser werden mit UV-Licht,Elektronenstrahlen, elektrischem Strom oder über chemische Reaktionen gepumpt.

Der Helium-Neon-Laser ist bekannt für seine Frequenzstabilität, Farbreinheit undminimale Strahlaufweitung.

Kohlendioxidlaser haben einen sehr hohen Wirkungsgrad und sind mithin die leistungsstärksten Laser für den Dauerbetrieb. 4.3 Halbleiterlaser Halbleiterlaser sind in ihren Abmessungen die kompaktesten Laser und bestehen aus einem Verbund verschiedener Halbleiterschichten mit unterschiedlichen elektrischenLeitfähigkeiten.

Der Resonator ist durch zwei reflektierende Bruchflächen auf den Bereich der Rekombinationszone beschränkt.

Die hierzu am häufigsten verwendetenHalbleitermaterialien sind Galliumarsenid, Indiumphosphid und Galliumnitrid.

Das Pumpen erledigt der über das Rekombinationsgebiet fließende elektrische Strom.Halbleiterlaser sind geeignet für den Dauerbetrieb und erreichen Wirkungsgrade über 50 Prozent.

Es gibt theoretische Ansätze zu einer Methode, die es gestatten soll, dieaufgewandte Energie noch wirksamer auszuschöpfen.

Dabei sollen winzige Laser vertikal in Schaltkreisen so angeordnet werden, dass sie in einer Dichte von über einerMillion pro Quadratzentimeter zu liegen kommen.

Alltagsanwendungen von Halbleiterlasern sind z.

B.

CD-Spieler ( siehe Tonaufnahme und -wiedergabe) und Laserdrucker. Bei einem herkömmlichen Diodenlaser ist die Wellenlänge des emittierten Laserlichts auf einen kleinen Bereich begrenzt und im Wesentlichen vom Halbleitermaterialabhängig.

Im Gegensatz dazu sind Forscher mit Hilfe eines so genannten Quantenkaskadenlaser in der Lage, Licht in einem viel breiteren Wellenlängenbereich zu erzeugen.Beim Quantenkaskadenlaser ist das Halbleitermaterial in mehreren dünnen Schichten aufgetragen, wobei p- und n-leitende Zonen einander abwechseln.

Die Schichten formieren sich zu sandwichartigen Stapeln, in denen sich Leitungselektronen befinden.

Die Stapel bilden diskrete Energieniveaus, die man sich praktisch als energetischeTreppe vorstellen kann.

Stapelbreite und Schichtdicke bestimmen dabei die Lage dieser Energieniveaus – und damit die energetische Lage der einzelnen Treppenstufen.Beim Anlegen einer elektrischen Spannung beginnen die Leitungselektronen kaskadenartig die Stapel zu durchtunneln und emittieren nach jeder Treppenstufe Photonen.Aus jeder Stufe wird Strahlung aus einem anderen Wellenlängenbereich emittiert, weil die jeweils unterschiedlichen Stufenhöhen die Energie der Photonen und damit dieWellenlänge bestimmen.

Die „Einzelstrahlungen” überlagern sich und bilden so ein breites Spektrum. 4.4 Flüssigkeitslaser Die häufigsten flüssigen Lasermedien sind anorganische Farbstoffe in einem Glasgefäß.

Sie werden im Pulsbetrieb mit intensiven Blitzlampen oder im Dauerbetrieb miteinem Gaslaser gepumpt.

Die Frequenz eines durchstimmbaren Farbstofflasers kann mit Hilfe eines im Resonatorraum befindlichen Glasprismas eingestellt werden. 4.5 Elektronenlaser 1977 gelang es, Laser zu kostruieren, die mit Strahlen freier Elektronen (die nicht an Atome gebunden sind) arbeiten.

Ähnlich wie Farbstofflaser sind Elektronenlaserdurchstimmbar.

Sie wären möglicherweise auch dazu geeignet, hochenergetische Strahlung zu erzeugen (z.

B.

Synchrotronstrahlung). 5 ANWENDUNGEN DES LASERS Laser können für eine kaum überschaubare Fülle von Aufgaben eingesetzt werden.

Sie sind zu unentbehrlichen Hilfsmitteln in Industrie, Forschung und Wissenschaft, aufdem Kommunikationssektor, in Medizin, Militärtechnologie und vielen Bereichen der Kunst geworden. 5.1 Laser in der Industrie. »