2. Der Laser

Die Umgehung des thermischen Gleichgewichts

Die Methode, die man anwendet, um das thermische Gleichgewicht zwischen den Laserniveaus zu stören und eine Besetzungsinversion zu erzeugen, wird Pumpen genannt. Beim HeNe-Laser liefern die in der Gasentladung beschleunigten Elektronen die notwendige Pumpenergie, um Helium-Atome in den angeregten, metastabilen (d.h. mit vergleichsweise langer Lebensdauer ausgestatteten) 2S-Zustand zu versetzen.

Vom 2S-Zustand des Heliums kann nun ein Stoß zweiter Art erfolgen. Das ist ein Stoß zwischen zwei Atomen, bei dem nicht (nur) kinetische, sondern auch die Anregungsenergie weitergegeben wird. Dies ist möglich, da der 2S-Zustand des Heliums und der 3S-Zustand des Neons sehr ähnliche Anregungsenergien aufweisen. Durch diesen Stoß erfolgt eine gezielte Anreicherung des 3S-Zustands des Neons verglichen mit dem energetisch tiefer liegenden 2P-Zustand. Weil außerdem das Helium deutlich höher konzentriert ist als das Neon, wird so eine Besetzungs- inversion erzeugt.

Beim Übergang vom 3S- zum 2P-Zustand wird das Laserlicht erzeugt. Der 2P-Zustand selbst geht schnell in den 1S-Zustand über. Dieser ist recht stabil, baut sich jedoch über Wandstöße ab. Finden nicht genügend Wandstöße statt, käme die Laseremission zum Erliegen. Deshalb darf der Durchmesser der Röhre, in der die Gasentladung stattfindet, 1 mm nicht überschreiten.