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Laser
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'''Funktionsweise und Aufbau eines Lasers''' '''''L'''ight '''''''A'''mplification by '''S'''timulated '''E'''mission of '''R'''adiation'', dt. »LichtverstĂ€rkung durch stimulierte Emission von Strahlung« * Ein Laser ist eine Lichtquelle, die elektromagnetische Strahlung scharf begrenzter Frequenz, hoher KohĂ€renz und groĂer IntensitĂ€t auszusenden vermag. * FĂŒr die Funktion des Lasers sind die drei grundlegenden Prozesse der Wechselwirkung von Licht mit Materie bestimmend: Absorption bzw. Anregung (Pumpen), spontane Emission und stimulierte Emission. * Beim Pumpen des Lasers wird entweder ein Photon vom aktiven Medium absorbiert, oder die Anregung erfolgt durch unelastische. Die Pumpleistung (Anregung) sorgt dafĂŒr, dass Elektronen der Atome oder MolekĂŒle des aktiven Mediums in einen höheren Energiezustand, d. h. ein höheres Energieniveau gelangen. * Durch zunĂ€chst spontane Emission geht dieser angeregte Zustand spontan, das heiĂt zufĂ€llig und ohne Ă€uĂere EinflĂŒsse, wieder in einen niedrigeren Energiezustand ĂŒber. Die Energiedifferenz wird in Form eines Photons abgestrahlt. Zeitpunkt der Aussendung und Richtung des Photons sind zufĂ€llig. * Bei der stimulierten Emission wird durch ein solches, bereits existierendes Photon die Aussendung eines weiteren Photons angeregt; dieses besitzt die gleichen Eigenschaften (Frequenz, Phase, Polarisation und Ausbreitungsrichtung). Es ergibt sich eine VerstĂ€rkung der Strahlung. Ein Resonator oder die Gestalt des aktiven Mediums sorgen dafĂŒr, dass diese VerstĂ€rkung rĂŒckgekoppelt und in einer bevorzugten Richtung erfolgt. * Die Photonen werden ohne Anregung (Pumpen) jedoch wieder absorbiert. Damit die Strahlung verstĂ€rkt wird, muss man dafĂŒr sorgen, dass sich mehr Atome in einem angeregten Zustand befinden, als im Grundzustand (<u>Besetzungsinversion</u>). * Man braucht mindestens 3 Energieniveaus um Laserlicht zu erzeugen. Die Elektronen aus dem dritten Niveau gelangen in das zweite Niveau (relaxieren), ohne dass es durch das dabei abgegebene Licht zu induzierter Emission kommt. * Das zweite Niveau (oberes Laserniveau) muss metastabil sein, weil sich die Elektronen lĂ€ngere Zeit dort aufhalten mĂŒssen. [[Datei:Lasing.svgâ]] '''3-Niveau-Laser''' Durch optische Anregung von auĂen wird das Elektron auf ein hohen kurzlebigen Anregungszustand gebracht aus dem es spontan in einen niedrigeren aber langlebigen (metastabilen) Anregungszustand fĂ€llt. Erst durch induzierte Emission gelangt das Atom wieder in den Grundzustand und kann erneut von auĂen angeregt werden. Auf diese Weise stehen sehr viele angeregte Atome im metastabilen Zustand fĂŒr die induzierte Emission zur VerfĂŒgung. Beim 3-Niveau-Laser muss man allerdings erst mal ne ganze Menge Pumpen, bis man ĂŒberhaupt erst die Besetzungsinversion zustande kriegt. Diese ist bei 4-Niveau-Laser deutlich einfacher zu erreichen, da das untere Laserniveau nur sehr wenig besetzt ist. Also ist fast alles, was du aufs obere Laserniveau bringst, Ăberschuss, der zum LaserĂŒbergang beitrĂ€gt. [[Kategorie:Atomphysik]]
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