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Lasertechnik

FH LÜBECK

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Kartei Details

Karten 107
Lernende 21
Sprache Deutsch
Kategorie Technik
Stufe Universität
Erstellt / Aktualisiert 09.02.2014 / 03.02.2020
Lizenzierung Keine Angabe
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https://card2brain.ch/box/lasertechnik1
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Geben Sie die besonderen Eigenschaften von Laserlicht an.

  • Monochromatisch (Frequenzbandbreite von 1Hz-5*10^14 )

  • große Kohärenz (zeitlich und räumlich)

  • geringe Divergenz

  • sehr kurze Pulse möglich

  • im Dauerbetrieb hohe Amplitudenstabilität

  • Wellenlängen im Bereich von 4nm – 2mm möglich

  • hohe Energiedichte und Leistung (Dauer: 400kW; Puls: einige PW)

Erklären Sie den Begriff: Absorption

  • Elektronen auf ihren verschiedenen Niveaus nehmen Energie in Form von Photonen auf und können so auf ein höher liegendes Energieniveau angeregt werden.

Erklären Sie den Begriff: spontane Emission von Strahlung.

  • Elektron im Zustand Ei (i ≠ 1) fällt mit Wahrscheinlichkeit „Aij“ ohne Stimulation in einen tiefer liegenden Zustand „j“ (i > j).

  • Die spontan emittierten Photonen zeigen keine bevorzugte Emissionsrichtung und insbesondere gibt es keine feste Phasenbeziehung der Photonen untereinander.

Was versteht man unter: stimulierter Emission,

  • Ein Photon, das auf ein Elektron trifft, kann mit gleicher Wahrscheinlichkeit ein Elektron anregen oder eine stimulierte Emission herbeiführen. Dabei strahlt das Elektron ein, zum anregenden Photon, kohärentes Photon in gleicher Richtung aus.

Was versteht man unter: Besetzungsinversion.

  • Um eine Verstärkung von Licht zu erreichen, müssen mehr Elektronen im höheren Niveau liegen als im niedrigen, so dass aufgrund der Besetzung die Wahrscheinlichkeit für die stimulierte Emission höher ist als für die Absorption.

 

Wie ist die Besetzungswahrscheinlichkeit von atomaren Niveaus der Energie Ei im thermischen Gleichgewicht?

Wie nennt man diese Verteilung?

  • (Betrachte große Zahl gleicher Atome/Moleküle) Im thermischen Gleichgewicht verhalten sich die Anzahlen der Atome im Zustand „i“ und „j“ wie: Ni = Nj *e(-Ei-Ej/k*t)
    Boltzmann-Verteilung: k = 1,38*10-23 J/K

  • Im thermischen Gleichgewicht nimmt die Besetzungswahrscheinlichkeit mit der Energie immer ab.

 

  • Boltzmann-Verteilung

Was folgt aus der Gleichheit der Einsteinkoeffizienten Bij und Bji?

  • Da die Wahrscheinlichkeiten für die stimulierte Emission und die stimulierte Absorption gleich sind, gleichzeitig aber in einem System die höheren Energiezustände weniger besetzt sind, werden mehr absorbiert als emittiert.
    ⇒ der Laserbetrieb kommt nicht in Gang! Es ist keine Besetzungsinversion gegen das Grundniveau möglich

Warum ist die Kühlung der Lasermedien wichtig?

  • Durch Kühlung wird erreicht, dass die Elektronen in dem jeweiligen Lasermedium nicht thermisch angeregt werden und somit nicht das untere Laserniveau besetzen. Inversion würde schwieriger werden