Laser (light amplification by stimulated emission)

Das physikalische Phänomen des Lasers (Light Amplification by Stimulated Emission) basiert auf dem optischen Energieaustausch, der zuerst mit Gaslasern nachgewiesen werden konnte. Bei diesem Phänomen handelt es sich um eine Lichtverstärkung mit der ein kohärenter, monochromatischer Lichtstrahl erzeugt werden kann, der auch über größere Entfernungen nur minimal divergiert.


Technisch betrachtet handelt es sich bei einem Laser um einen rückgekoppelten Verstärker in Eigenresonanz. Die Resonanz findet in einem Raum statt, der das Verstärkungsmedium bildet. In diesem Raum wird sichtbares Licht, Infrarotlicht oder ultraviolette Strahlung so reflektiert, dass sie sich verstärkt. Die reflektierte Wellenlänge hängt davon ab, ob sich in dem Hohlraum Gas, Flüssigkeit, Halbleitermaterial oder festes Material befindet.

Lasermodul für 650 nm, Foto: Schuricht GmbH

Lasermodul für 650 nm, Foto: Schuricht GmbH

Die Reflektion der Wellen erfolgt an Spiegeln, die sich an den beiden Enden des Hohlraums befinden. Bedingt durch einen schmalbandigen Resonator werden nur Moden einer oder weniger Wellenlängen verstärkt, wodurch das Wellenlängenspektrum um die Eigenresonanz extrem schmal und monochromatisch ist. Die erzeugte Wellenlänge kann im sichtbaren Bereich zwischen 400 nm und 700 nm liegen, aber ebenso auch im Infraroten und Ultravioletten oder auch im Bereich der Röntgenstrahlung. Die Energie wird aus einer externen Lichtquelle eingespeist, und die verstärkte monochromatische Wellenlänge wird an einem der beiden Spiegel, der teilreflektierend ist, ausgekoppelt. Der gesamte Wellenlängenbereich reicht von etwa 100 nm bis hin zu 10.600 nm und ist abhängig von der Lasertechnik und dessen Einsatzgebiet.

Die verschiedenen Laser-Ausführungen

Abhängig vom Medium im Resonanzraum unterscheidet man zwischen Gaslaser, Festkörperlaser, Metalldampflaser, Faserlaser, Farbstofflaser und Diodenlaser oder Laserdioden. Was die Gaslaser betrifft, so kommen die Gase Helium, Neon, Argon, Stickstoff und Kohlendioxid zum Einsatz. Bei den Festkörperlasern sind es Rubin, Titan und seltene Erden mit denen das Basismaterial dotiert wird. Beispeile hierfür sind die verschiedenen Ausführungen des Yttrium Aluminium Garnet Laser (YAG). Was die Halbleiterlaser betrifft, so basieren einige auf Aluminium-Verbindungen. Zu nennen sind die AlGaAs-Laserdiode und die AlGaInP-Laserdiode. Weitere Halbleiterlaser nutzen Indium-Verbindungen, wie der InGaN-Halbleiterlaser und der InGaAs-Halbleiterlaser.

Aus diesen Grundtechniken wurden für die optische Übertragungstechnik der Distributed Feedback Laser (DFB) der Fabry Perot Laser (FPL), die Laserdiode, der Distributed Bragg Reflector (DBR) und der VCSEL-Laser, Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL), entwickelt. Neben den Lasern mit Oberflächenemitter, Surface Emitting, gibt es noch Laser mit Kantenemitter, Edge-Emitting Laser (EEL). Da Laser eine Gefährdung der Gesundheit und vor allem des Augenlichts darstellen, hat man sie in Laserklassen klassifiziert.

Laser werden in CD-, MO- und DVD-Laufwerken sowie in Laserdruckern eingesetzt. Des Weiteren im optischen Richtfunk, in der Militär- und Automotive-Technik, in Registrierkassen, der Landvermessung, in Lasershows, als Mess- und Einstellungslaser sowie in der Forschung, Medizin und Materialbearbeitung.

Informationen zum Artikel
Deutsch:
Englisch: light amplification by stimulated emission - Laser
Veröffentlicht: 09.11.2019
Wörter: 449
Tags: #Optische Komponenten #Aktive Bauelemente
Links: AlGaAs (aluminium gallium arsenide), Automotive-Technik, Basismaterial, DBR-Laser, DFB-Laser