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Was ist ein Laser bzw. Laserstrahlung


 

Allgemeines zum Thema Laser

Laser steht für "light amplification by stimulated emission of radiation" und wir der Name schon sagt, handelt es sich um kohärentes Licht, dass künstlich erzeugt worden ist. Laser bzw. Laserstrahlung begegnen uns jeden Tag und sind das "Herzstück" vieler Geräte, die wir täglich nutzen beispielsweise DVD-Player oder Barcode-Scanner. Die Lasertechnologie dient aber heutzutage nicht mehr nur zum Ablesen und Verarbeiten von gespeicherten Informationen, sondern werden auch bei Materialbearbeitung eingesetzt (Schneiden von Metallen) oder auch in der Chirurgie. Daher unterscheiden sich (je nach Einsatzgebiet) die Laser voneinander, das grundlegende Prinzip eines Lasers ist jedoch immer gleich. Dieses Kapitel dient zur allgemeinen Einführung in das Thema Laser.



Laser bzw. Laserstrahlung

Aufgrund des großen Anwendungsbereiches von Laser gibt es heute mehrere technische Aufbauten von Lasern. Je nach Verwendung bzw. Typ des Lasermediums lassen sich technische Laser in unterschiedliche Arten einteilen: Festkörperlaser, Farbstoff, Gaslaser und Flüssigkeitslaser

Laser steht für die Abkürzung "light amplification by stimulated emission of radiation", was zu Deutsch bedeutet "Lichtverstärkung durch induzierte Ausstrahlung"

Wie die deutsche Übersetzung des Begriffs Laser bereits sagt, ist ein Laser eine Vorrichtung, bei dem durch optische Verstärkung ein kohärentes Licht aus der Vorrichtung emittiert wird. Wie eingangs erwähnt, gibt es inzwischen unterschiedliche Lasertypen, dennoch verfügen diese Lasertypen die gleichen Komponenten bzw. basieren auf dem gleichen physikalischen Prinzip

Mit Hilfe elektrischer Energie wird ein Lasermedium angeregt, dass angeregte Teilchen geben Energie in Form von Licht ab. Dieses Licht wird durch zwei Spiegel zwischen dem Lasermedium zu einem Strahl gebündelt und optisch verstärkt. Ein Spiegel ist halbdurchlässig, so dass das Licht als Laserstrahl aus der Vorrichtung emittiert wird.


Funktionsprinzip eines Lasers


Die Funktionsweise eines Lasers beruht auf den Grundlagen der Atomphysik. Nimmt ein Atom eine bestimmte Energiemenge auf, wird ein Elektron in der Elektronenhülle (des Atoms) vom Grundzustand auf ein höheres Niveau angehoben. Dieser Zustand wird als angeregter Zustand bezeichnet. Energetisch angeregte Zustände sind allerdings in der Natur nicht lange stabil. Daher wird das Elektron den angeregten Zustand sobald wie möglich verlassen und von einem energiereicheren Zustand in den Grundzustand zu gelangen. Bei diesem Übergang wird Energie abgegeben, in der Regel in Form von Licht. In diesem Fall handelt es sich um eine natürliche Emission von Licht.

Die bei diesem Übergang emittierte Energie in Form von Photonen/Licht trifft nun auch auf andere angeregte Zustände und "induziert", dass diese angeregten Zustände ebenfalls in den Grundzustand übergehen (in diesem Fall auch durch Abgabe von Energie in Form von Licht). Dieser Effekt wird als stimulierte Emission bezeichnet, es handelt sich sozusagen um eine verstärke Emission von Licht (das emittierte Licht sorgt dafür, dass weiteres Licht emittiert wird.

Die Anregung des Lasermediums erfolgt bei einem Laser in der Regel durch elektrische Energie. Das Lasermedium befindet sich dabei zwischen zwei gegenüberliegenden Spiegeln. Geht nun ein Atom in der Grundzustand zurück emittiert es Licht. Das Licht bzw. der Strahlengang verläuft zwischen beiden Spiegeln. Dadurch verursacht dieses Licht (durch einen Durchgang durch das Lasermedium) eine induzierte Emission. Denn durch die "Anregung" gehen weitere angeregte Atome in den Grundzustand über und emittieren so Licht. Der Aufbau Spiegel-Lasermedium-Spiegel wird als Resonator bezeichnet.

Das durch das Lasermedium emittierte Licht wird (durch Induktion) ständig verstärkt und "bewegt" sich zwischen beiden Spiegel hin- und her. Einer dieser Spiegel ist durchlässig, so dass das Licht (bei genügender Intensität) die Vorrichtung als Laser bzw. Laserstrahlung verlassen kann


Aufgrund dieses Funktionsprinzips hat Laserstrahlung folgende Eigenschaften:

  • Laserstrahlung ist monochromatisch:  Laserstrahlung hat eine bestimmte Frequenz/Farbe, d.h. die Strahlung besteht nur aus einer Wellenlänge
  • Laserstrahlung ist kohärent: Laserlicht ist aufgrund seiner Entstehung ein nahezu paralleles Licht. Es liegt eine Phasengleichheit bei der Laserstrahlung vor
  • Laserstrahlung hat eine hohe Energiedichte
  


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