Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Laser Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Inhalt Allgemein Geschichte Physikalische Grundlagen Eigenschaften Rubinlaser Lasertypen Anwendung Laserklassifizierung

Allgemein Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Strahlungsquellen durch stimulierte Emission Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, d. h. Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung Stimulierte Emission oder induzierte Emission heißt die Emission eines Photons, wenn sie nicht spontan erfolgt, sondern durch ein anderes Photon ausgelöst wird.

Geschichte 1916 Albert Einstein: stimulierte Emission als Umkehrung der Absorption 1928 Rudolf Landenburg: experimenteller Nachweis 1954 Charles Townes: erster Maser 1960 Theodore Maiman: erster Rubinlaser ->Gaslaser, Farblaser (flüssiges Medium) 1980er: Ultrakurzpulsarlaser Anfang 21. Jahrhundert: nichtlineare Effekte um Attosekundenpulse im Röntgenbereich zu erzeugen. 1980er Jahren die Ära der Ultrakurzpulslaser mit Pulsdauern von Piko- und Femtosekunden 21. Jhd: Damit ließen sich zeitliche Abläufe im Inneren eines Atoms

Physikalische Grundlagen Absorption durch optisches Pumpen Spontane Emission Stimulierte Emission Nachdem einem Atom beispielsweise durch Optisches Pumpen ausreichend Energie zugeführt und deshalb ein Elektron auf eine höheres Energieniveau gehoben wurde, fällt dieses normalerweise nach sehr kurzer Verweildauer (weniger als 1 µs) unter Aussendung eines Photons wieder auf ein tieferes Energieniveau zurück. Drehimpuls bleibt erhalten

Eigenschaften von Lasern Kohärenz Polarisation Frequenz, Wellenlänge

Kohärenz fast phasensynchron fast phasengleich

Polarisation meistens linear bei Metallschneiden: zirkular polarisiert (durch phasendrehende Verzögerungsplatten)

Frequenz, Wellenlänge Bestimmt durch Medium Dessen geeignete Energieübergänge Frequenz bleibt bei gleichem Medium gleich Monochromasie Monochromasie (Bandbreite δν der Frequenz extrem klein)

Geschichte des Rubinlaser 1958 Charles Townes(1964) Arthur Schwalow(1981) mathematische Diskussion über vom Maser zum Laser 16. Mai 1960 von Theodore H. Maiman (keinen Nobelpreis)

Aufbau des Rubinlasers Al2O3 dotiert mit Chromionen (0,03%-0,05%)

Übergänge des Rubinlasers Elektronen des Chromion werden angehoben Besetzungsinversion Dublettniveau =>Doppellinie

Lasertypen Gaslaser Farbstofflaser Festkörperlaser Farbzentrenlaser Halbleiterlaser Freie-Elektronen-Laser (FEL) Gaslaser: Medium ist Gasförmig => Gasentladung Farbstofflaser: organischer Farbstoff in Alkohollösung; werden ständig umgepumpt, damit verbleichen verhindert wird Festkörperlaser: dotiertes Kristall aus Ionen (Maiman 1960 Rubinlaser) Farbzentrenlaser: Festkörperlaser mit defekten (fremdionen, Gitterfehler, etc) Halbleiterlaser: pn-Halbleiter stromdurchflossen FEL: Synchrothronstrahlungsquelle, in dem sinne kein laser, da keine stimulierte Emission, durch Linearbeschleuniger

Anwendung von Lasern Materialverarbeitung Steuerungstechnik Medizin Messtechnik Wissenschaft Hologarfie Datentechnik Mikro-Fotolithographie Militärtechnik Unterhaltung bzw. Medien s. Extrazettel

Klassifizierung nach EN 60825-1 Klasse Leistung Wellenlänge Beschreibung 1 < 25 µW 400...700 nm Die zugängliche Laserstrahlung ist ungefährlich. (CD-Player; CD-/DVD-Brenner mit geschlossenem Gehäuse) 1M 302,5...4000 nm Die zugängliche Laserstrahlung ist ungefährlich, solange keine optischen Instrumente, wie Lupen oder Ferngläser verwendet werden. 2 ≤ 1 mW Die zugängliche Laserstrahlung liegt nur im sichtbaren Spektralbereich (400 nm bis 700 nm). Sie ist bei kurzzeitiger Bestrahlungsdauer (bis 0,25 s) auch für das Auge ungefährlich. Eine längere Bestrahlung wird durch den natürlichen Lidschlussreflex verhindert. (*) 2M Wie Klasse 2, solange keine optischen Instrumente, wie Lupen oder Ferngläser, verwendet werden. (*) 3R 1 bis 5 mW 302,5 nm...106 nm Die zugängliche Laserstrahlung ist gefährlich für das Auge. 3B 5 bis 500 mW 302,5...106 nm Die zugängliche Laserstrahlung ist gefährlich für das Auge und in besonderen Fällen auch für die Haut. Diffuses Streulicht ist in der Regel ungefährlich. (Laser von CD-/DVD-Brennern; Laserstrahlung allerdings nicht direkt zugänglich) 4 > 500mW Die zugängliche Laserstrahlung ist sehr gefährlich für das Auge und gefährlich für die Haut. Auch diffus gestreute Strahlung kann gefährlich sein. Beim Einsatz dieser Laserstrahlung besteht Brand- oder Explosionsgefahr. (Materialbearbeitung, Forschungslaser) *) Anmerkung zu Laserklasse 2 und 2M: Durch wissenschaftliche Untersuchungen wurde festgestellt, dass der Lidschlussreflex (dieser tritt im übrigen innerhalb 0,25 s auf; eine längere Bestrahlung schädigt das Auge) nur bei < 20 % der Testpersonen gegeben war. Von dem Vorhandensein des Lidschlussreflexes zum Schutz der Augen darf somit in der Regel nicht ausgegangen werden.

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