8. Übungsaufgaben

2. Laser

  1. Wie groß muss die Rauheit einer Oberfläche (z.B. Papier oder Pappe) sein, damit man mit dem HeNe-Laser ein Speckle-Muster sieht? (Nehmen Sie an, dass die gemeinsame optische Achse von Lichtquelle und Beobachter senkrecht auf der Oberfläche steht). Gibt es mehrere Lösungen?
  2. In einem Resonator der Länge ℓ schwingen longitudinale Resonatormoden, wenn für deren Wellenlänge λ= 2⋅ℓ n gilt (dabei ist n eine ganze Zahl).
    In einem HeNe-Laser sei der Resonator 30 cm lang. Berechnen Sie die Differenz der Frequenzen zweier benachbarter Moden, die etwa bei der HeNe-Laserwellenlänge auftreten.
    Angenommen, der HeNe-Laser besitzt eine natürliche Linienbreite (die ‘Unschärfe’ der Laserfrequenz) von 2 GHz. Was bedeutet das für die emittierte(n) Frequenz(en) des Lasers? Welchen Einfluss kann man mit der Länge des Resonators ausüben?
  3. Das Snellius-Brechungsgesetz sinα sinβ = n 2 n 1 ist bekannt. Der Einfallswinkel α wird zum Brewster-Winkel α B , wenn der Winkel zwischen gebrochenem und reflektiertem Strahl genau 90° beträgt. Geben Sie eine Gleichung für die Abhängigkeit des Brewster-Winkels von den Brechzahlen an!
  4. Angenommen, bei einem kontinuierlich arbeitenden Laser wird aus dem Resonator (Länge 30 cm) 10% der auf den teildurchlässigen Spiegel treffenden Lichtleistung ausgekoppelt. Welche Weglänge muss ein Photon durchschnittlich zurücklegen, bevor es eine induzierte Emission auslöst?
  5. Probieren Sie das Laser-Applet auf der letzten Seite des Kapitels aus. Beschreiben Sie mit den korrekten physikalischen Begriffen, was das Applet zeigt.
  6. Beschreiben Sie in eigenen Worten, warum thermische Lichtquellen nicht lasen.
  7. Recherchieren Sie verschiedene Arten von Lasern und ihre Anwendungsgebiete. Welche Lasereigenschaft ist für das jeweilige Anwendungsgebiet entscheidend? Begründen Sie Ihre Aussagen.
  8. Versuchen Sie, für möglichst viele Anwendungsbereiche Alternativen zum Einsatz von Lasern zu finden. Diskutieren Sie die Vor- und Nachteile von Lasern und alternativen konventionellen Lichtquellen.
  9. Laserlicht kann gefährlich sein! Was macht einen Laser für das menschliche Auge viel gefährlicher als eine Glühlampe mit der selben Lichtleistung?