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Laser: How to stetige Koheränz
Status: (Frage) überfällig Status 
Datum: 19:14 Di 10.01.2017
Autor: Riesenradfahrrad

Hallo!

ich würde gern über einen Laser referieren. Sowohl die Funktionsweise des Lasers, als auch über die Eigenschaften des Laserlichts. Leider kommen da einige quälende Fragen und hoffe, sie mit Hilfe der Mitglieder dieses Forums beantworten zu können =-)!

Zur Funktionsweise:
Stimulierte Emission: Kann mir jemand erklären, wie genau diese Stimulation des Atoms durch ein Photon geschieht - ist es eine Art Resonanz, so wie eine schwingende Stimmgabel eine weitere Stimmgabel gleicher Bauart in Schwingung versetzt? Wie wird gewährleistet, dass das stimulierte Photon am gleichen Ort, wie das stimulierende ist.

Lange Wellenzüge?!: Es spricht ja nix dagegen, dass die stimulierte Emission im Laser an mehreren Orten gleichzeitig passiert. Also auch wenn das stimulierende Photon und das stimulierte Photon identische Eigenschaften haben, so gibt es doch insgesamt genügend andere Photonen-Paare/-Pakete und diese Pakete sind zueinander nicht gleich - oder doch? (Wenn ja, warum?) Wie soll nun gewährleistet sein, das ein langer Wellenzug aus dem Laser kommt ohne größere Intensitätsschwankungen, sodass man zB ein Michelson-Interferometer damit betreiben kann?

Resonatorlänge der Spiegel: im Internet finde ich Aussagen, wie "der Abstand des hochreflektierenden und des teildurchlässigen Spiegels beträgt ein ganzzahliges Vielfaches von [mm] $\tfrac{\lambda_{Laser}}{2}$ [/mm] - stimmt dies wirklich? So genau kann man doch eine Länge über eine Streckenlänge von zB 50cm gar nicht bauen?! Allein durch Temperaturschwankungen sollte sich die Länge ändern?! Ist es nicht vielleicht eher so, dass die Spiegel mit einer Schicht entsprechender Dicke beschichtet sind (ähnlich wie beim Entspiegeln von Brillengläsern)?

Anregung des Neons beim Helium-Neon Laser: Wozu benötigt man Helium? Lässt sich nicht auch direkt das Neon anregen?

Fragen über Fragen :-/. Freue mich sehr über Antworten!

        
Bezug
Laser: Mitteilung
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 20:17 Di 10.01.2017
Autor: Valerie20

Hallo Riesenradfahrrad,

nur ein paar Anmerkungen:

> Zur Funktionsweise:
> Stimulierte Emission: Kann mir jemand erklären, wie genau
> diese Stimulation des Atoms durch ein Photon geschieht -
> ist es eine Art Resonanz, so wie eine schwingende
> Stimmgabel eine weitere Stimmgabel gleicher Bauart in
> Schwingung versetzt? Wie wird gewährleistet, dass das
> stimulierte Photon am gleichen Ort, wie das stimulierende
> ist.

Das Atom eines aktiven Mediums wird durch die einfallenden Photonen angeregt. Dadurch ändert es seinen Energiezustand. Beim Rücksprung zum ursprünglichen Energiezustand wird die Energiedifferenz in Form von Licht (im Falle des Lasers) ausgeglichen.

Das stimulierte Photon muss nicht am gleichen Ort sein, wie das eingestrahlte. Das stimulierte Photon trifft lediglich auf Atome des aktiven Mediums und verursacht seinerseits eine stimulierte Emission. Dadurch entsteht ein lawinenartiger Zuwachs an Photonen, die wir dann in Form von Licht wahrnehmen (sofern es im sichtbaren Bereich liegt).



> Resonatorlänge der Spiegel: im Internet finde ich
> Aussagen, wie "der Abstand des hochreflektierenden und des
> teildurchlässigen Spiegels beträgt ein ganzzahliges
> Vielfaches von [mm]\tfrac{\lambda_{Laser}}{2}[/mm] - stimmt dies
> wirklich? So genau kann man doch eine Länge über eine
> Streckenlänge von zB 50cm gar nicht bauen?! Allein durch
> Temperaturschwankungen sollte sich die Länge ändern?! Ist
> es nicht vielleicht eher so, dass die Spiegel mit einer
> Schicht entsprechender Dicke beschichtet sind (ähnlich wie
> beim Entspiegeln von Brillengläsern)?

Die Resonatorlänge kann in der Tat sehr genau eingestellt werden. In der Praxis geschieht dies mittels Piezokristallen.
Allerdings hast du auch recht, dass dieses System sehr instabil ist und sich je nach Bewegung im Raum oder Temperaturschwankung schnell und leicht verändert.

Die Spiegel bestehen aus dieelektrischen Materialien unterschiedlichen Brechungsindex im Abstand der Bragg Wellenlänge. Diese sind hochreflektierend (Stichwort: Distributed Bragg Reflector).

Viele Grüße,
Valerie

Bezug
        
Bezug
Laser: Mitteilung
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 17:40 Mi 11.01.2017
Autor: Riesenradfahrrad

Vielen Dank schon mal an Valerie, insbesondere für die Erklärung mit dem Piezo-Kristall - wird mich auch interessieren, wer die Piezo-Kristall-Spannung steuert, also wie festgestellt wird, ob der Piezo-Kristall sich ausdehnen oder zusammenziehen muss.

Ich habe die Frage als noch nicht beantwortet deklariert, weil mich der Prozess der stimulierten Emission im Detail interessiert, nicht, dass er überhaupt funktioniert, als [mm] \textit{wie} [/mm] stimuliert ein Photon ein angeregtes Atom.

Auch sind die beiden anderen Fragen noch nicht beantwortet. Freue mich weiterhin über Antworten!

Bezug
                
Bezug
Laser: Mitteilung
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 19:16 Mi 11.01.2017
Autor: chrisno


> Vielen Dank schon mal an Valerie, insbesondere für die
> Erklärung mit dem Piezo-Kristall - wird mich auch
> interessieren, wer die Piezo-Kristall-Spannung steuert,
> also wie festgestellt wird, ob der Piezo-Kristall sich
> ausdehnen oder zusammenziehen muss.

Ohne Wissen, ob es stimmt:
Ein Regelkreis, der auf die Intensität regiert?


>  
> Ich habe die Frage als noch nicht beantwortet deklariert,
> weil mich der Prozess der stimulierten Emission im Detail
> interessiert, nicht, dass er überhaupt funktioniert, als
> [mm]\textit{wie}[/mm] stimuliert ein Photon ein angeregtes Atom.

Wie schon geschrieben fürchte ich, dass Du in einer Art verstehen möchtest, die nicht möglich oder sinnvoll ist. Auch hier ist der Wikipedia Artikel eine Basis.

>  
> Auch sind die beiden anderen Fragen noch nicht beantwortet.
> Freue mich weiterhin über Antworten!


Bezug
        
Bezug
Laser: Mitteilung
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 19:12 Mi 11.01.2017
Autor: chrisno

Da ich Deine Frage im Wesentlichen nicht beantworte, schreibe ich dies als Mitteilung.

> ...
> Zur Funktionsweise:
>  Stimulierte Emission: Kann mir jemand erklären, wie genau
> diese Stimulation des Atoms durch ein Photon geschieht -
> ist es eine Art Resonanz, so wie eine schwingende
> Stimmgabel eine weitere Stimmgabel gleicher Bauart in
> Schwingung versetzt?

Ich fürchte, dass Du da versuchst, die Analogien überzustrapazieren. Dies ist ein quantenmechanischer Effekt.

> Wie wird gewährleistet, dass das
> stimulierte Photon am gleichen Ort, wie das stimulierende
> ist.

Weil das stimulierende Photon nur etwas bewirkt, wenn es am richtigen Ort ist.
Ich finde, dass Deine Frage Ursache und Wirkung zu vertauschen sucht.

>  
> Lange Wellenzüge?!: Es spricht ja nix dagegen, dass die
> stimulierte Emission im Laser an mehreren Orten
> gleichzeitig passiert. Also auch wenn das stimulierende
> Photon und das stimulierte Photon identische Eigenschaften
> haben, so gibt es doch insgesamt genügend andere
> Photonen-Paare/-Pakete und diese Pakete sind zueinander
> nicht gleich - oder doch? (Wenn ja, warum?) Wie soll nun
> gewährleistet sein, das ein langer Wellenzug aus dem Laser
> kommt ohne größere Intensitätsschwankungen, sodass man
> zB ein Michelson-Interferometer damit betreiben kann?

Die Mehrheit siegt.

>  
> Resonatorlänge der Spiegel: im Internet finde ich
> Aussagen, wie "der Abstand des hochreflektierenden und des
> teildurchlässigen Spiegels beträgt ein ganzzahliges
> Vielfaches von [mm]\tfrac{\lambda_{Laser}}{2}[/mm] - stimmt dies
> wirklich? So genau kann man doch eine Länge über eine
> Streckenlänge von zB 50cm gar nicht bauen?! Allein durch
> Temperaturschwankungen sollte sich die Länge ändern?!

Darum hatte mein Physiklehrer auch keine Lust, den Laser anzuwerfen. Er musste ewig justieren und dann wurde der Laser warm ...

> Ist
> es nicht vielleicht eher so, dass die Spiegel mit einer
> Schicht entsprechender Dicke beschichtet sind (ähnlich wie
> beim Entspiegeln von Brillengläsern)?
>  
> Anregung des Neons beim Helium-Neon Laser: Wozu benötigt
> man Helium? Lässt sich nicht auch direkt das Neon
> anregen?

Wie wäre es mit dem Wikipedia Artikel? Kannst Du da die Stellen angeben, wo Du es nicht nachvollziehen kannst?

>  
> Fragen über Fragen :-/. Freue mich sehr über Antworten!


Bezug
        
Bezug
Laser: Fälligkeit abgelaufen
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 19:32 Fr 10.02.2017
Autor: matux

$MATUXTEXT(ueberfaellige_frage)
Bezug
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