mathematik - physik - informatik Seite zurück   Seite vor  

Funktionsprinzip

Zwischen Energiequanten (Photonen) und Hüllenelektronen eines Atoms können 3 verschiedene Wechselwirkungen stattfinden:

1. Absorption:

Trifft ein Photon mit einem bestimmten Energiebetrag ΔE=En-Em =hf auf ein Atom, bei dem das untere Energieniveau besetzt und das obere leer ist, so wird mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit das Photon vom Elektron absorbiert. Das Elektron springt dann auf das höhere Niveau.

Absorption eines Photons und Anregung des Atoms.

Das Atom befindet sich jetzt im angeregten Zustand.

2. Spontane Emission:

Ein angeregtes Atom wird nach einer bestimmten (für das betreffende Niveau charakteristischen) mittleren Verweilzeit spontan in seinen Grundzustand zurückkehren. Die dabei freiwerdende Energie ΔE=En-Em =hf wird in Form eines Lichtquants (Photon) abgestrahlt.

Emission eines Photons und Rückkehr des Atoms in den Grundzustand.

Das Atom befindet sich jetzt im Grundzustand.

3. Stimulierte oder induzierte Emission:

Trifft ein Photon auf ein angeregtes Atom und ist die Energie so groß wie die Anregungsenergie des Atoms, kann das Photon das Elektron auf dem oberen Energieniveau dazu bewegen, dass es auf das untere Niveau zurückkehrt. Die dabei freiwerdende Energie wird wieder in Form eines Lichtquants abgestrahlt.

Jetzt existieren bereits zwei Photonen gleicher Energie und somit gleicher Frequenz und Wellenlänge. Auch die Phasenlage und Polarisationsebene stimmen überein.

Kann man erreichen, dass sich mehrere Atome im angeregten Zustand befinden, so ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein Photon stimuliert emittiert wird, größer, als die Wahrscheinlichkeit, dass ein Photon absorbiert wird. Den Vorgang, Atome in den angeregten Zustand zu bringen, nennt man Pumpen (bspw. durch Lichtquellen). Materialien (Gase, Festkörper), die für Photonen bestimmter Energien verstärkend wirken, heißen laseraktiv.

Neben dem laseraktiven Material (optischer Verstärker) enthalten Laser zusätzlich einen sogenannten Resonator.

Dabei handelt es sich um ein System aus zwei parallelen Spiegeln, zwischen denen die Photonen hin- und hergeworfen werden und die Prozesse im Verstärker vervielfältigen. Der Spiegel auf der Seite des Laseraustritts ist zu einem gewissen Prozentsatz (meist 98 Prozent) lichtdurchlässig. Im Gegensatz dazu lässt der Spiegel auf der anderen Seite kein Licht durch.



  Jörg Ziller - 29. Dezember 2015
 
Seite zurück   Seite vor