Laser (light amplification by stimulated emission of radiation) Erfindungen 1954 Gordon, Zeiger, Townes: Maser (Mikrowellenvorläufer des Lasers) 1960 Maiman: Rubin-Laser (Al2O3, Festkörper) 1961 He-Ne-Laser (Gas) 1962 Halbleiter-Laser 1985 Röntgen-Laser Prinzipien Pumpmechanismus Populationsinversion stimulierte Emission Selbstverstärkung in Resonator
schematischer Aufbau des He-Ne-Lasers Gasentladungsrohr zwischen zwei (Halb-)Spiegeln als Resonator typisches Mischverhältnis für gute Effizienz: He:Ne=7:1 Druck: einige mbar Halbspiegel Vollspiegel Resonator
metastabile Zustände, weil Übergänge zum Grundzustand He-Ne-Laser: Helium als Pumpgas; beteiligte Energieniveaus metastabile Zustände, weil Übergänge zum Grundzustand optisch verboten: a) Interkombinationsverbot b) DL = 0 Verbot starke Population der angeregten Niveaus 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 Elektronenstöße
Anregung durch Elektronenstoß (optische Auswahlregeln gelten nicht!) vor Stoß nach Stoß Anregung durch Elektronenstoß (optische Auswahlregeln gelten nicht!)
He-Ne-Laser: Neon als Lasergas; beteiligte Energieniveaus 632,8 nm (rot, stim. Emission) 3391 nm (IR) 1152 nm (IR) Stöße mit Wand 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 Atomstöße HeNe Grundzustand 2 abgeschlossene Schalen Elektronenstöße Helium t=10-7 s t=10-8 s Populationsinversion durch 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