Arbeitsweise und Eigenschaften des Lasers
Kurz erklärt
Der Begriff LASER
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
Auf Deutsch:
Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung
Was ist unter "Licht" im Fall von Laser zu verstehen?
- Sichtbares Licht
- Infrarot-Strahlung
- Ultraviolett-Strahlung
Die Entstehung der Laserstrahlung
- Lasermedium + Pumpenergie = Anregung
- Energieabgabe in Form von Licht (=Emission) nach Stimulation durch Lichtteilchen
- Verstärkung über Resonator (=Lasermedium + 2 Spiegel)
- Auskoppelung der Strahlung über teildurchlässigen Spiegel oder zeitgesteuerten Spiegel
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Das Wort LASER ist eine Abkürzung für den englischen Wortlaut Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – zu Deutsch: Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung. Unter dem Begriff „Licht“ wird sichtbares Licht als auch Infrarot- und Ultraviolett-Strahlung verstanden.
Wie andere Lichtquellen auch wandelt der Laser Energie in Licht um. Bei dem hier gezeigten Festkörperlaser wird dem Lasermedium, in diesem Fall ein Kristall, Energie in Form von Licht zugeführt. Man spricht dabei vom Pumpen des Lasers. Durch das Pumpen werden bestimmte Teile des Lasermediums angeregt, das heißt mit Energie aufgeladen.
Nach einer Weile geben die angeregten Teilchen ihre Energie spontan wieder ab indem sie ein neues individuelles Lichtquant in beliebige Richtung aussenden. Dieser Prozess der Teilchenanregung und der spontanen Lichtaussendung findet überall statt. Auch das Licht der Glühlampe und der Sonne entsteht durch Anregung von Teilchen und anschließender spontaner Aussendung von Licht.
Der Lasereffekt dagegen kann erst dann auftreten, wenn bei ausreichend hoher Pumpleistung in speziellen Stoffen, den sogenannten Lasermedien, fast alle Teilchen angeregt werden. Diesen Zustand nennt man Inversion, quasi die Umkehr der natürlichen Verhältnisse. Ist die Verweildauer der Teilchen im angeregten Zustand lang genug, kann die Emission durch ein Lichtquant ausgelöst werden, das heißt die Lichtaussendung erfolgt jetzt nicht mehr spontan sondern stimuliert.
Das einfallende Lichtquant stimuliert das Teilchen dazu, ein zweites identisches Lichtquant auszusenden. Identisch heißt hier, dass die Schwingung des neuen Lichtquants mit dem des einfallenden synchronisiert und auch die Ausbreitungsrichtung die gleiche ist. Dieser Prozess heißt stimulierte Emission. Das Lasermedium befindet sich zwischen zwei Spiegeln, dem Resonator, so dass das Licht immer wieder zurückgeworfen und erneut durch das Lasermedium geschickt und damit verstärkt wird.
Um die Laserstrahlung nutzen zu können ist einer der Spiegel teildurchlässig, er lässt also einen Teil des Lichts austreten. Teildurchlässigkeit kann auch erreicht werden, indem man zeitlich gesteuert, z.B. durch einen schnellen Schalter, Laserlicht durchlässt. Das Laserlicht stellt eine Strahlung von höchster Qualität dar, die sonst in der Natur nicht vorkommt. Das Laserlicht ist einfarbig, lässt sich sehr gut Fokussieren und kann sich nahezu ohne Aufweitung als Strahl ausbreiten.