2. Der Laser

Resonanz

Mit Hilfe von Besetzungsinversion und stimulierter Emission kann Licht also verstärkt werden. Die entstehenden Photonen verlassen jedoch schnell das Lasermedium und die Verstärkung bricht ab. Auf diese Weise kann man also nur kurze Lichtblitze erzeugen. Man nennt solche gepulst arbeitenden Laser auch Superstrahler. Für Lidar-Messungen haben Pulslaser - wie wir schon in Kapitel 1 gesehen haben - große Bedeutung.

Für die Erzeugung von kontinuierlichem Laserlicht muss die Verstärkung aufrecht erhalten werden. Dazu verwendet man zwei Spiegel an den Enden des Lasermediums. Beim hier verwendeten HeNe-Laser sind die Spiegel in den schwarzen, zylindrischen Enden des Gehäuses untergebracht. Einer der Spiegel ist zu etwa einem Prozent teildurchlässig. Das führt dazu, dass der größte Teil der Photonen innerhalb des Lasermediums verbleibt. Ein kleiner Teil der Photonen gelangt durch den teildurchlässigen Spiegel nach außen. Diese Photonen bilden das nutzbare Laserlicht.

Der Abstand der Spiegel ist entscheidend für die Funktion des Lasers. Sie müssen nämlich als Resonator arbeiten. Dazu stellt man sich das Laserlicht mit seinen Welleneigenschaften vor. Analog zur Akustik erfolgt auch hier die konstruktive Überlagerung der Wellen, wenn der Resonator eine Länge l=n λ (mit einer ganzen Zahl n und der Wellenlänge λ) besitzt. Ist dies nicht der Fall, überlagern sich die Wellen mehr oder weniger destruktiv. Die Länge des Resonators muss also genau auf die Wellenlänge des Laserlichts abgestimmt werden. Dann bildet sich, analog zur Akustik, eine stehende Welle im Resonator, also eine Welle, deren Maxima und Minima ortsfest sind.

Die Bilder in der rechten Spalte zeigen, welchen Effekt eine Glasscheibe im Laserstrahl bzw. im Inneren des Lasers, also im Resonator selbst hat.

Wird die Scheibe außen vor den Laser in den Laserstrahl gehalten, ist kein Unterschied in der Intensität des Laserlichts zu beobachten. Der Intensitätsverlust durch die Scheibe ist offensichtlich gering.

Ist die Scheibe jedoch innerhalb des Resonators angeordnet, sendet der Laser kein Licht mehr aus. Die geringe Intensitätsschwächung durch die Scheibe reicht also bereits aus, um die resonante Schwingung im Laser vollständig zu verhindern.

Links: Der HeNe-Laser, der Laserstrahl auf einem Schirm, und die im Experiment genutzte Glasplatte. Mitte: Der Laserstrahl tritt außerhalb des Resonators ohne wesentlichen Intensitätsverlust durch die Glasplatte; der schwache rote Fleck kommt durch Reflexion an der Glasoberfläche zustande. Rechts: Hält man die Glasplatte in den Resonator, so erlischt der Laserstrahl vollständig.

Das Experiment lässt sich noch besser in einem Video (500 kB) verfolgen.