Lasertechnik

• Elektrischer Vorteil: Potentialtopf, dadurch kann eine bessere Besetzungsinversion aufgebaut werden, die e^- und Löcher sind besser gefangen und können nicht ins Nachbargebiet diffundieren

• Optischer Vorteil: der Brechungsindexsprung ist so groß, dass Licht im pn Bereich bleibt, höhere Reflektion (sogar Totalreflektion)

• Durch Heterostruktur: es werden unterschiedliche Materialien verwendet( großer Brechungsindexsprung in benachbarten Gebieten), dadurch ist die Energielücke unterschiedlich und es kann keine Diffusion der Elektronen und der Löcher aus der aktiven Zone stattfinden.

• Breite der aktiven Zone wird vergrößert, dadurch kann die Ausgangsleistung gesteigert werden

• Gezieltere Stromführung im pn-Übergang

a) Excimer - Laser

b) HeNe-Laser oder GaAs-Laser

c) Nd:YAG

d) CO₂-Laser

• Durch einen optischen Schalter(z.B. Lochblende, Spiegel, Pockelszelle, Prisma) wird die Besetzungsinversion gesteuert

  • Zu: Besetzungsinversion wird aufgebaut (Verstärkung) durch Reflektion

  • Öffnen: Laserpuls wird aufgebaut und die Besetzungsinversion wird abgebaut, Laserstrahl tritt aus

• Pulszeiten entsprechen einigen Umlaufzeiten im Resonator (10ns – 100ns)

nur, wenn die Lebensdauer des oberen Laserniveaus groß gegenüber der Umlaufzeit ist

• Pulszeiten entsprechen einigen Umlaufzeiten im Resonator

• Aufgrund von ergibt sich eine extrem kurze Pulsdauer von ca. 70ps

Siehe Bild

• Durch die Anzahl der Moden, die angeregt werden

• Die Resonatorlänge

• Da sich die Frequenz und damit auch die Wellenlänger ändert, ändert sich auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit in dem isotropen Festkörper.
  ⇒ nach kurzer Zeit sind Grund- und Frequenzverdoppelte Welle außer Phase

und überlagern sich destruktiv

• Anteile der Frequenzverdoppelten Welle und der darüber sind durch den Faktor sehr gering

• Die Länge L_C, nach der die maximale Leistung auftaucht, d.h. bei der beide Wellen noch in Phase sind.

• Der Weglängenunterschied darf nicht größer sein als π

• Unter Phasenanpassung versteht man die Winkelanpassung

• Typ I-Phasenanpassung: 2 Photonen gleicher Art (ordentlich oder außerordentlich) ergeben ein frequenzverdoppeltes Photon anderer Art

• Typ II-Phasenanpassung: 2 Photonen unterschiedlicher Art ergeben ein frequenzverdoppeltes Photon

• Damit der Primärstrahl auf einen ganz bestimmten Winkel auf der optischen Achse trifft, bei diesem Winkel sind die Brechungsindizes gleich groß, dadurch wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit angepasst

• Bei Laserinterferometern wird eine einzige Wellenlänge als Maßstab genutzt, da aber unterschiedliche Longitudinalmoden unterschiedliche Wellenlängen besitzen, stören diese

• Vorwärts-/ Rückwärtserkennung

• Die Referenzfläche kompensiert hierbei mögliche Abbildungsfehler

• durch Kippen der Referenzfläche können Abbildungsfehler auf Oberflächen dargestellt werden, da diese das Licht mit einer Phasenverschiebung wiedergeben

• Geschwindigkeitsmessung

• Längenmessung

• Winkelmessung

• Oberflächenkontrolle

• Gaskonzentrationsmessung (Änderung des Brechungsindex)

• Masse/ Gewicht

• Geradheit/ Rechtwinkligkeit

• Licht mit kurzer Kohärenzlänge wird in einen Lichtwellenleiter eingespeist und durch einen Faserkoppler geschickt. Jeweils an einem Ende sind einmal ein beweglicher Spiegel und einmal die Probe. Aufgrund der geringen Kohärenzlänge existiert nur ein örtlich begrenztes Interferenzsignal (wenn Abstand des Spiegels mit dem Abstand einer optischen Grenzfläche im Messarm übereinstimmt). Wird nun die Faser vor der Probe bewegt, so entsteht ein 2-dimensionales Bild.

• Laserlicht besitzt eine sehr hohe Kohärenzlänge und das Interferenzsignal besäße nicht mehr die örtliche Tiefenauflösung von minderkohärentem Licht.

  • geringe Oberflächenänderungen würden nicht mehr messbar sein

  • Man kann nicht mehr ortsgbegrenzt aufnehmen

• Man bekommt nur dann ein Signal, wenn der Wegunterschied auf dem Objekt nicht größer ist als die Kohärenzlänge

• Senkrecht zueinander polarisierte Strahlen werden durch einen Polarisator unter 45° geschickt
  ⇒ es entsteht Schwebungsfrequenz die vom Detektor A gemessen wird

• Aufgrund der relativen Bewegung zwischen Spiegel 1 und 2 entsteht eine Dopplerfrequenzverschiebung und Detektor B misst somit:

• Anhand der Differenz kann man nun die Richtung feststellen:
  < 0 ⇒ Bewegung vom Strahlteiler weg
  > 0 ⇒ Bewegung auf Strahlteiler zu

• Zählerstand gibt Wegunterschied in Vielfachen von an.

• Die Kohärenzlänge sind viele Meter, auf diesem Stück kann der Brechungsindex nicht konstant gehalten werden

• Divergenz, Turbulenz

• Es können Schwingungen eines Objektes gemessen werden, die dadurch eine Dopplerfrequenzverschiebung verursachen.

• durch sequentielle Abtastung können Ortsauflösungen erreicht werden

• Schwingungen werden punktuell detektiert

• Messbereiche
  Schwingungsfrequenz: 1Hz < f_messbar<1MHz
  Geschwindigkeit: 1µm/s< v_messbar<1m/s
  Schwingungsamplitude: > 0,1nm

• Laser Doppler Anemometer (Geschwindigkeitsmesser)

• Man kann die Geschwindigkeit von Teilchen in einem Fluid bestimmen

Siehe Bild

• Ein Laserstrahl wird in 2 Teilstrahlen aufgeteilt und in einem Punkt fokussiert. Ein Teilstrahl durchläuft eine Bragg-Zelle und die Frequenz wird dort dopplerverschoben (um einige MHz). Die im fokussierten Punkt entstehenden Interferenzen können nun mit einem Detektor gemessen werden.

• Haben die interferierenden Strahlen nicht die gleiche Frequenz, so läuft ein Streifenmuster

• Durch unterschiedliche Streifenbewegung kann die Geschwindigkeitsrichtung der Teilchen bestimmt werden

• Eine ebene Welle wird auf ein Objekt geschickt. Dadurch entstehen neue Wellen, die sich kugelförmig ausbreiten. Die nun durch Beugung entstehenden Interferenzmuster werden auf einer Fotoplatte festgehalten. ⇒ Fresnelsche Zonenplatte

• Belichtet man die Zonenplatte mit dem Rekonstruktionsstrahl (gleicher Strahl wie bei Erzeugung), so erhält man 2 rekonstruierte Bilder des Ausgangsobjektes.
  Man muss das virtuelle Bild betrachten, da das reelle pseudoskopisch (Bildtiefe vertauscht) ist.

Siehe Bild

• ein ebenes Hologramm enthält nur ein gespeichertes Bild, 2-D Informationen werden gespeichert

• in einem Volumenhologramm können, durch Variation des Kristallabstandes und des Einfallswinkels, mehrere Bilder gleichzeitig gespeichert werden, 3-D Informationen werden gespeichert

Reflexionshologramm: belichtet von 2 unterschiedlichen Seiten

Transmissionshologramm: belichtet von einer Seite

• Durch Anbringen eines Gitters hinter die 1. Hologrammplatte, wird neben dem Masterhologramm auch ein Bild der Spaltblende aufgenommen, dass durch Beugung entsteht.

• Bei der Rekonstruktion werden so unterschiedliche Wellenlängen unterschiedlich stark gebeugt

• Ein Objekt wird beleuchtet und das Hologramm an die gleiche Stelle zurückgebracht. Bei kleiner Änderung des Objektes verändern sich somit die Interferenzen zwischen dem erstellten Hologramm und den reflektierten oder transmittierten Strahlen.

• Hologramm muss an den Ort der Aufnahme zurückgebracht werden

• Eine Hologrammplatte wird 2-mal belichtet und das Objekt dazwischen geringfügig verändert. Es entstehen Interferenzenmuster

• Objekt kann bewegt werden, da sich beide Bilder synchron bewegen