Kartenstapel

𝜂s = Lamda Pump/ Lamda Laser

Gaslaser, Diodenlaser, Festkörperlaser.

Es besagt, dass jeder Punkt einer Wellenfront als Ausgangspunkt einer neuen Welle, der so genannten Elementarwelle, betrachtet werden kann. Die neue Lage der Wellenfront ergibt sich durch Überlagerung (Superposition) sämtlicher Elementarwellen.

Phasendifferenz von Randstrahl und Mittenstrahl. Die Fresnelzahl 𝑁𝑓 = 𝑎 Τ 2 (𝜆𝐿) gibt die Zahl der Hauptmaxima der Intensitätsverteilung im Abstand 𝐿 von der beugenden Öffnung an.

-Rückkopplung für stimulierte Emission

´-Richtungsselektion, Selektion transversaler Moden

-requenzselektion (longitudinale Moden), Linienbreite

E =h*v

Höhere erforderliche Punpleistung, um Inversion zu erreichen. Vorteil es lässt sich in einem einzelnen Atom realisieren

Das Akronym LASER bedeutet Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Lampen emittieren typischerweise in einem spektralen Bereich mehrerer 100 nm. Die spektrale Breite von Multimode-Hochleistungsdiodenlaserstrahlung beträgt dagegen einige 100 pm bis 10 nm (abhängig von der Zentralwellenlänge und einer optionalen Frequenzstabilisierung). Die Schwerpunktwellenlänge der Emission kann an das Absorptionsspektrum des Lasermediums angepasst werden. Dies ermöglicht zusammen mit dem insgesamt schmalbandigeren Emissionsprofil eine größere Quanteneffizienz und einen kleineren Heizleistungsgrad.

Durch die bessere Strahlqualität der Diodenlaserstrahlung sind zudem auch effiziente, endgepumpte Festkörperlaser und Slab-Verstärker realisierbar.

Die Lebensdauer von Diodenlaserstrahlquellen ist abhängig vom Materialsystem der verwendeten Halbleiter und beträgt mehrere 10.000 Stunden. Die Lebensdauer klassischer Blitzlampen ist um eine Größenordnung kleiner

Neben Kohlenstoffdioxid werden auch Stickstoff (N2) zum Pumpen und Helium (He) zum Kühlen verwendet. Stickstoff bietet einen großen Querschnitt für eine Anregung durch Elektronenstöße, die Energie wird durch Stöße 2. Art auf die CO2-Moleküle übertragen. Ein typisches Mischungsverhältnis ist 70:20:10 (He:N2:CO2

Wellenlängen im UV-Bereich werden mir Gaslaserstrahlquellen erzeugt. Excimer-Laser oder ExciplexLaser emittieren 248 nm (KrF), 193 nm (ArF), 126 nm (Ar2) und 116 nm (H2).

Beim Prozess der Absorption geht ein Atom oder Molekül unter Aufnahme der Energie eines Photons ℎ𝜈21 = 𝐸2 − 𝐸1 vom energetisch niedrigeren Zustand 1 in den angeregten Zustand 2 über (vgl. Abbildung 4).

Bei diesem Prozess wird die Emission eines Photons durch ein einfallendes Photon ausgelöst. Aus diesem Grund wird er auch als „induzierte Emission“ bezeichnet. Voraussetzung für den Prozess der stimulierten Emission ist, dass die Energie des eingestrahlten Photons mit der Energie des Übergangs übereinstimmt. Das emittierte Photon hat dann dieselbe Frequenz, Phase, Ausbreitungsrichtung und Polarisation wie das eingestrahlte Photon. Nach der stimulierten Emission ist die Photonenzahl des Strahlungsfeldes um das emittierte Photon erhöht worden, die Intensität der Strahlung steigt. Der Prozess der stimulierten Emission ist in Abbildung 6 dargestellt.

m als aktives, lichtverstärkendes Medium genutzt werden zu können, muss das Medium (mit vertretbarem Aufwand) in den Inversionszustand versetzt werden können. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass ein höher liegendes Energieniveau 𝐸2 stärker besetzt ist als ein niedriger liegendes Niveau 𝐸1 , d.h. es muss gelten:

𝑛2 > 𝑛1

Um den Zustand der Besetzungsinversion zu erreichen, muss das höher liegende Niveau metastabil sein, d.h. lange Verweilzeiten vor der spontanen Emission aufweisen. Dieses wird als oberes Laserniveau und als Energiespeicher genutzt. Das untere Laserniveau muss entsprechend eine kurze Lebensdauer aufweisen.

C = 0

Schwingungsrichtung des elektrischen Feldvektors.

Die beiden Richtungen bei einem Diodenlaser heißen vertikale Richtung (auch fast-axis) und laterale Richtung (auch slow-axis). (1 Punkt) Der Divergenzwinkel in lateraler Richtung ist kleiner als in vertikaler Richtung. (Daher der Name slow-axis und fast-axis. Er beträgt in lateraler Richtung 7-15° Vollwinkel, während er in vertikaler Richtung je nach Bauform 30-100° Vollwinkel beträgt.) (1 Punkt) Die Strahlqualität ist in vertikaler Richtung besser als in lateraler Richtung. (Sie ist vertikal nahe beugungsbegrenzt und lateral deutlich schlechter, M² ~ 20-30.)

Das lineare CO2-Molekül kann eine (zweifach entartete) Knickschwingung und eine symmetrische und eine asymmetrische Streckschwingung ausführen. (Die Streckschwingungen haben eine größere Energie als die Knickschwingung. Die asymmetrische hat eine größere Energie als die symmetrische.) (2 Punkte)

(2 Punkte für alle Schwingungsformen, 1 Punkt Abzug pro Fehler bzw. fehlende Schwingungsform) (Die Schwingungszustände können jeweils n-fach angeregt sein, d.h. dass nur bestimmte Werte für die Schwingungsamplitude und damit für die Energie möglich sind.) Der Laserübergang bei der Wellenlänge von 10,6 µm findet zwischen der einfachen Anregung der asymmetrischen und der einfachen Anregung der symmetrischen Streckschwingung statt. (1 Punkt)

Ein CO2-Laser wird durch eine Gasentladung gepumpt. Es wird Stickstoff (N2) beigemischt, da der Wirkungsquerschnitt für eine Elektronenstoßanregung für Stickstoff deutlich größer ist als für Kohlendioxid