11 Lichttheorie

Es wurde ein Lichtäther eingeführt.

• unendlich dicht
• Wir merken nichts vom Äther

Ohne äußere Einwirkung fällt das angeregte Elektron nach kurzer Zeit zurück in den Grundzustand und emittiert dabei die absorbierte Wellenlänge (Farblinie) in eine beliebige Himmelsrichtung.

Trifft während der Anregungszeit ein weiteres Photon auf das Atom, so fällt das angeregte Elektron unter Aussendung des absorbierten Photons in den Grundzustand zurück. Beide Photonen verlassen das Atom gleichphasig.

Damit sich der Laserstrahl von selbst verstärkt (= konstruktive Interferenz) muss der Abstand zwischen den Spiegeln ein ganzzahlig Vielfaches von Lambda sein.

• Bem.: k = 1, 2, 3, 4 ...

Dabei wird ein stark beschleunigtes Elektron auf eine Bleiplatte "geschossen" und bremst unter Aussendung von Röntgenstrahlung ab.(=> Bremsstrahlung = Röntgenstrahlung)

Er stellte die Theorie der Quantisierung des Lichtes (eigentlich der Energie) auf.

Seine Theorie beinhaltet, dass Quanten ="Energiepakete" nicht teilbar sind.

E_Quant=h·f       h=6,626·10^-34Js

Durch Zufuhr von Energie (Wärme, Stoßprozesse, Strahlung) werden Elektronen im Atom in einen angeregten Zustand gehoben (=Absorbtion).

Fallen diese angeregten Elektronen nach kurzer Zeit in den Grundzustand zurück, kommt es zur Emission der zuvor absorbierten Energie. Diese Energie entspricht einer exakt definierten Farblinie => Emissionsspektrum.

UV bedeutet Ultraviolett.

UV-Strahlen haben eine Wellenlänge von 100 bis 380 nm (kurzwellig).

Bemerkung: \(1 nm =10^{-9} m\)

Die Abkürzung IR bedeutet Infrarot.

Infrarotstrahlung liegt in einem Wellenlängenbereich von μm .. mm.

Andere Bezeichnung: Wärmestrahlung

Die Frauenhoferlinien sind das Absorbtionssektrum unserer Sonne. Hier können wir ein Beispiel mit einem Helium Atom sehen. Durch Zufuhr von Energie (thermische Strahlung) werden Elektronen im He-Atom in einen angeregten Zustand gehoben. Dafür wird eine genau definierte Farblinie absorbiert. In diesem Beispiel ist diese Farblinie rot. Fällt das Elektron in den Grundzustand zurück kommt es zur spontanen Emission. Dadurch wird diese rote Linie in eine beliebige Richtung ausgesendet und fehlt dann im Absorbtionssektrum (fehlende Farbe im Regenbogen).

Quantenmechanische Objekte zeigen sowohl Wellen- als auch Teilchencharakter. Diese Eigenschaften von z.B. Photonen oder Elektronen bezeichnet man als den Wellen-Teilchen-Dualismus.

Pumpenergie wird benötigt um Elektronen im laseraktiven Medium in einen angeregten Zustand zu heben.

Unter Besetzungsinversion versteht man, dass sich mehr Elektronen im angeregten Zustand befinden als im normalen Zustand.

Zwischen den Spiegeln erfolgt eine Überlagerung von hin- und zurücklaufenden Wellen, was zu einer stehenden Welle führt. Bei diesen Durchläufen erhöht sich infolge der Stimulierten Emission die Anzahl der kohäenten Lichtquanten lawinenartig. => Lawineneffekt

(1) mit hilfe von Pumpenergie werden die Elektronen in einen angeregten Zustand gehoben

(2) Fällt ein angeregtes Elektron in den Grundzustand zurück sendet es ein Photon in eine beliebie Richtung aus (= spontane Emission) trifft dieses Photon zufällig auf einen Spiegel, wird es ins Laseraktive Medium zurückreflektiert.

Trifft es dort auf ein angeregtes Elektron,kommt es zur stimmulierten Emission. Beim weiteren Durchgang tritt dieser Effekt gehäuft auf (=Lawineneffekt).

Dieser Lichtstrahl pendelt zwischen den Spiegel, welche in einem Abstand von K*Lambda sein müssen, damit es zur Verstärkung und nicht zur Auslöschung kommt.

Ist einer dieser Spiegel teilweise Durchlässig, kann kohärentes Laserlicht austreten.

Er führte die Quanisierung des Lichtes (der Energie) ein.

Als Quanten werden nicht teilbare Energiepakete (z.B.: Elektron, Photon) bezeichnet.

thermische Strahlung

Masselose Lichtteilchen werden Photonen genannt. Ein Photon ist das Quant des elektromagnetischen Feldes. Bemerkung: Quant = Elementarteilchen