Der Rubinlaser

Gliederung: Geschichte Aufbau Funktionsweise

Geschichte: Der Rubinlaser wurde 1960 von Theodore H. Maiman entwickelt. Er war der erste Laser und gehört zu den Festkörperlasern. Wichtigste Emissionslinie: 694.3nm

Aufbau: Als Medium wird ein einkristallener Rubin (Al2O3) verwendet. Dotiert mit Chromionen (optimal: 0.03% - 0.05%) Die Rubine werden in Stabform hergestellt und die Enden extrem glatt geschliffen. Rauigkeit muss unter der halben Laserwellenlänge liegen. Die Enden des Kristallstabs werden mit einer Antireflexionsschicht versehen. Früher wurde Silber aufgedampft, welches direkt als Spiegel funktionierte. Heute werden die Spiegel extern angebracht (ein halbdurchlässiger- und ein reflektions-Spiegel).

Aufbau: Durch eine Blitzlampe werden die Teilchen im Rubinkristall angeregt und senden Lichtquanten aus. Vorteil des Blitzlichts: Es werden kurze besonders energiereiche Laserimpulse ausgesandt. Durch die Spiegel werden die Lichtquanten ständig zwischen den Enden hin- und herreflektiert. Es entsteht eine stehende Welle, wobei immer ein Teil durch den halbdurchlässigen Spiegel nach Außen gelangen kann. => Lichtverstärkung in nur eine Richtung Rubinkristallstab (150mm x 10mm) die Enden sind so poliert, dass man verzerrungsfrei hindurchsehen kann

Aufbau:

Aufbau:

Funktionsweise: Rubinlaser ist ein sogenannter „Drei-Niveau-Laser“. Die Elektronen der Chromionen werden auf eines der Enrgiebänder F1 bzw. F2 angehoben. Ein Teil der Elektronen relaxiert durch spontane Fluoreszenzemission direkt in den Grundzustand A2. Der größte Teil der Elektronen geht in einem strahlungslosen Übergang in das Laserniveau 2E über und verbleibt dort relativ lange.

Funktionsweise: Es entstehen Besetzungsinversionen, dabei befinden sich mehr Elektronen im angeregten Zustand 2E als im Grundzustand A2. Besetzungsinversionen sind im thermischen Gleichgewicht nicht möglich nur in der Quantenmechanik. Aus dem Zustand 2E relaxieren die Elektronen wieder relativ langsam (im Bereich von ca. 3 Millisekunden) und unter spotaner Emission von Photonen der Wellenlänge 694.3 nm.

Funktionsweise: Die freiwerdenden Photonen rufen im angeregten Medium nun stimulierte Emission hervor. Trifft ein Photon mit der Energiedifferenz von 2E und A2 auf ein angeregtes Atom mit gleicher Energiedifferenz, so kann das Atom in den niedrigeren Energiezustand wechseln und die Energiedifferenz zusätzlich zu dem eingefallenen Photon als ein weiteres Photon abgeben. Das neu erzeugte Photon hat die gleiche Energie, wie das eingefallene Photon. Da Energie, Wellenlänge und Frequenz zusammen hängen und sich das neue Photon in die gleiche Richtung mit gleicher Phasenlänge bewegt, ist es gewissermaßen eine KOPIE des urpsrünglichen Photons. Dieses Phänomen bezeichnet man als „Kohärenz“