Synchrotron- und Laserstrahlung

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Die Abfrage enthält hat eine leere Bedingung.


Wichtigste experimentelle Entwicklungen der letzten 20 Jahre: Speicherringe (Hochenergiephysik) und Laser.

Synchrotronstrahlung

Maxwell-GI., retardierte Potentiale (Relat.theorie) - Schwinger-Gleichungen


z.B. 800 MeV, R ~ 1,8 m (BESSY)

Spektralverteilung der Strahlung

kritische Wellenlänge


BESSY:

Vertikale Divergenz :

z.B.

Zeitstruktur:

Im Multi-bunch-Betrieb ca. 100 bunches (1 ~ 3 cm) im Ring von l = 60 m und 500 MHz HF-Sender: 100 ps-Pulse mit 2 ns-Abstand (Umlaufzeit 200 ns)

Laser

Grundgleichungen

Lasertypen:


  • Gaslaser: He-Ne, Edelgasionen-Laser (CW), N2-, Excimer-Laser (gepulst)
  • Festkörper: Nd:YAG-, Rubin-, Halbleiter-Laser
  • Flüssigkeit: Farbstofflaser


Bestimmende Größen:

Bei Pulsbetrieb:


Grundgleichungen:

17.3.laser.schema.png

Im thermodynamischen Gleichgewicht:

mit Boltzmann verwenden, nach auflösen und mit Planckschem Strahlungsgesetz vergleichen, ergibt

a) --> Besetzungsinversion notwendig


b) -> -Zunahme der störenden Spontanemission (siehe Röntgenlaserentwicklung)

Pumpschema 4-Niveau Laser

Einige Lasertypen

Edelgasionenlaser z. B. Ar+- Laser
Excimerlaser z. B. XeCl gepulst, UV 351 - 353 nm 1 - 2 bar He Puffergas, 1 - 10% Xe, 0,2 % HCl, Pulslängen 5 - 15 ns, Repetitionsrate ~ 100 Hz - 1 kHz Impulsenergie ~ J Puls-Leistung 1J/10 ns = 100 MW (Dauerleistung ~ 1 - 100 W)


Nd:YAG-Laser Yttriumaluminiumgranulat +0,7% Nd: 4f-Schale durch ss, sp abgeschirmt, Kristallfeldenfluß deshalb relativ gering


Farbstofflaser
Einmodenlaser

Resonator ,

(longitudinaler) Modenabstand

z.B.

z.B.


17.10.pumplicht.png


17.11.verstaerkungsprofil.png

Verstärkerprofil z. B. Dopplerbreite, Druckverbreiterung, Stöße

Dopplerbreite


17.12.verbreiterung.png

z. B. bzw.


Exp. Beispiele:

  • HeNe
  • Ar+
  • Farbstoff (starke Stoßverbreiterung)

Einmodenlaser: Stufenweise Einschränkung durch verschiedene optische Filter (Lyot, Etalons)

Exp. Anforderungen bei gewünschter Linienbreite z. B.

d. h. Resonatorstabilität (bei nm)

z. B. Temperaturstabilität: d, mit Invar z.B. K

Druckabhängigkeit: statt L eigentlich , n Brechungsindex der Luft für