Laser
Laser (Abkürzung für Light amplification by stimulated emission of radiation) ist die Verstärkung von Licht durch erzwungene Emission von kohärenter und sehr monochromatischer Strahlung im Bereich von Infrarot bis Ultraviolett. Die physikalische Beschreibung erfolgt mittels der Quantentheorie. Beim Übergang eines Elektrons von einem hohen in ein niedrigeres Energieniveau eines Atom oder Moleküls wird ein Lichtquant (Photon) freigesetzt.
Geschieht dies ohne äußere Einwirkung, so nennt man diesen quantenmechanischen Effekt spontane Emission. Wird das System jedoch von außen beeinflusst, dann erfolgt der Übergang des Elektrons kontrolliert, und man spricht von einer stimulierten Emission. Die Voraussetzung für eine stimulierte Emission ist die Besetzungsinversion, das heißt in einem Zwei-Niveau-System müssen mehr Zustände mit hohen Energieniveaus als mit niedrigeren Energieniveaus vorhanden sein, um Licht zu verstärken. Solch ein Zustand lässt sich nur durch äußere Energiezufuhr erreichen. Dieser Vorgang wird “Pumpen” genannt. Die Elektronen werden auf das Pumpniveau angehoben, fallen von dort aus in niedrigere Energielevels ab und tragen dort zur stimulierten Emission bei.
Für die technische Umsetzung eines Lasers werden eine äußere Energiequelle, ein Spiegelsystem und ein Lasermedium benötigt. Lasermedium und Spiegelsystem bilden zusammen den optischen Resonator. Das Licht läuft zwischen mindestens zwei sich gegenüber stehenden Spiegeln hin und her und wird durch die stimulierte Emission immer weiter verstärkt. Beim Erreichen der Besetzungsinversion genügt bereits ein Lichtquant (Idealfall), um eine Reihe von stimulierten Lichtemissionen auszulösen.
Laser erzeugen sehr intensive, farbreine und sehr scharf gebündelte Lichtstrahlen, die sich durch eine hohe Lichtintensität auszeichnen. Je nach Einsatz des Lasermediums unterscheidet man Gaslaser, Flüssigkeitslaser und Festkörperlaser, die entweder kontinuierlich als Dauerstrichlaser oder diskontinuierlich als Impulslaser arbeiten.
Laser werden in vielen Bereichen der Technik und des täglichen Lebens eingesetzt. Der Diodenlaser wird hauptsächlich in CD/DVD-Spielern und Laserdrucker eingebaut. In der Augenheilkunde und der Chirurgie hat sich der Rubinlaser bewährt, und für die Materialverarbeitung (schneiden, bohren u.a.) wird hauptsächlich der CO2-Laser verwendet. Weiterhin werden Laser in der Datentechnik, in Forschung und Wissenschaft, in der Mess -und Steuerungstechnik und in der Militärtechnik eingesetzt.
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