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Beispiele konkreter Lasertypen
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Beispiele konkreter Lasertypen
Der Rubinlaser
Der Rubinlaser
Niveauschema: Lasermedium:Chrom-Atome in Wirtskristall Korund (Al2O3)
Pumpe:Xe-Blitzlampe
Resonator:Metallbeschichtungauf den Facetten oder separater optischer Resonator
Erster Laser im sichtbaren Spektralbereich (1960)Nachteil: 3-Niveau-System, keine hohen Leistungen!
Der Rubinlaser
Eine frühe Anwendung des ersten Lasers …
Neodym:YAG-Laser
strahlungslos
strahlungslos
Lasermedium:Nd:Y3Al5O12
4-Niveau-System
Pumpe:Blitzlampen oderHalbleiterlaser
Anwendung:Materialbearbeitung(schweißen, bohren,schneiden), Medizin,Pumplichtquelle fürandere Laser (z.B.Ti:Saphir nach Frequenzverdopplung)
1064 nm800 nm
750 nm
Neodym:YAG-Laser
Helium-Neon-Laser
Lasermedium:Neon-Atome in einem Gas-gemisch mit Helium
Pumpe:Elektrische Gasentladung + Stöße zwischen He & Ne
spontane Emission und Wandstöße(!) entvölkern unteres Laserniveau� Gas wird in dünner
Kapillare gehalten!
Helium-Neon-Laser
Wandstöße erfordern kleinen Kapillardurchmesser �He-Ne-Laser nicht beliebig skalierbar (typische Leistungen: wenige mW)
Anwendung vor allem als Justierlaser
Zwei kleine Exkurse:
1. Femtosekundenlaser2. Laserkühlung atomarer Gase
E
t
E
f
E
t
E
f
E
t
E
f
F
t
E
f1/∆f
Wie erzeugt man ultrakurze Laserimpulse?
∆f
Kohärente Überlagerung vieler stehender Wellen („Resonatormoden“)
Ti:Al2O3: große Verstärkungsbandbreite durch Stoßverbreiterung!
Mechanismus zur Modenkopplung: Kerr-Linse, n(I) = n0 + n2 I
Kristall wirkt als Linse (intensitätsabhängig!)
Problem: Dispersion führt zum Auseinanderlaufen kurzer Impulse!Lösung: Prismenstrecke � optische Weglänge wellenlängenabhängig
Der Titan:Saphir-Laser
I
x
Der Titan:Saphir-Laser
Laser-Weltrekorde
intensität
Megajoule
4,3 fs
(Steven Chu, Stanford, Nobelpreis 1997, US-Energieminister seit 2009)
Wolke von Na-Atomen mit Laserlicht gefangen. Die Temperatur der Atomwolke ist T < 1 mK (aus Physikal. Blätter 12/1997).
Laserkühlung von
atomaren Gasen
Prinzipielle Idee:
Kraftwirkung auf Atome im Lichtfeld, da
(i) gerichteter Impulsübertrag bei Absorption
(ii) stochastischer Impulsübertrag bei Emission
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Laserkühlung von
atomaren Gasen
3 orthogonale Paare entgegengesetzter Laserstrahlen
Laser rotverstimmt gegen Absorptionslinie: ωωωωLaser < ωωωωab
Dopplereffekt:Frequenz entgegen kommenden Laserlichtes blauverschoben:
νννν = νννν0/(1-v
x/c) �
Atom absorbiert mehr entgegen kommendes Laserlicht
Emission statistisch isotrop
Nettoimpuls entgegen der
Bewegungsrichtung des Atoms!
Laserkühlung von
atomaren Gasen
Grenze der Laserkühlung: statistischer Rückstoß bei Photoemission!
� minimale Temperaturen (z.B. in Rb): ~ 0.1 mK
