Laser (light amplification by stimulated emission of radiation)

Erfindungen1954 Gordon, Zeiger, Townes: Maser (Mikrowellenvorläufer des

Lasers)1960 Maiman: Rubin-Laser (Al2O3, Festkörper)1961 He-Ne-Laser (Gas)1962 Halbleiter-Laser1985 Röntgen-Laser

Prinzipiena) Pumpmechanismusb) Populationsinversionc) stimulierte Emissiond) Selbstverstärkung in Resonator

schematischer Aufbau des He-Ne-Lasers

Gasentladungsrohr zwischen zwei (Halb-)Spiegeln als Resonator

typisches Mischverhältnis für gute Effizienz: He:Ne=7:1Druck: einige mbar

HalbspiegelVollspiegel

Resonator

2

L N

He-Ne-Laser: Helium als Pumpgas; beteiligte Energieniveaus

10

2 S

31

2 S

10

1 S Grundzustand: n=1; S=0; L=0; J=0 (Singulett; Parahelium)

angeregter Zust.: n=2; S=1; L=0; J=1 (Triplett; Orthohelium)

angeregter Zust.: n=2; S=0; L=0; J=0 (Singulett; Parahelium)

metastabile Zustände, weil Übergänge zum Grundzustand optisch verboten: a) Interkombinationsverbot b) L = 0 Verbot starke Population der angeregten Niveaus

65 10 s

410 s

Elektronenstöße

vor Stoß

nach Stoß

Anregung durch Elektronenstoß(optische Auswahlregeln gelten nicht!)

He-Ne-Laser: Neon als Lasergas; beteiligte Energieniveaus

10

2 S

31

2 S

10

1 S

Elektronenstöße

Helium Neon

(1s)2(2s)2(2p)6

(1s)2(2s)2(2p)53s

(1s)2(2s)2(2p)54s

(1s)2(2s)2(2p)55s

(1s)2(2s)2(2p)53p

(1s)2(2s)2(2p)54p

AtomstößeHeNe

Grundzustand 2 abgeschlossene Schalen

632,8 nm (rot, stim. Emission)

3391 nm (IR)

1152 nm (IR)

Stößemit

Wand

=10-7 s

=10-8 s

Populationsinversiondurch Unterschied in

der mittleren Lebensdauer

stimulierte Emíssion durch stehende Welle im Resonator

Absorption weniger wahrscheinlich wegen Populationsinversion!

kohärente Verstärkung des Lichtwellenfeldes

Anwendungen von Lasern allgemein