Vorlesung 19: Roter Faden: Röntgenstrahlung Laserprinzip. Siehe auch: Demtröder, Experimentalphysik 3, Springerverlag
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- Franz Böhm
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1 Vorlesung 19: Roter Faden: Röntgenstrahlung Laserprinzip Folien auf dem Web: Siehe auch: Demtröder, Experimentalphysik 3, Springerverlag Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 1
2 Röntgenstrahlung Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 2
3 Entstehung der Röntgenstrahlung Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 3
4 Röntgenlinien Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 4
5 Röntgenspektren Charakteristische Röntgenstrahlung: Bremsstrahlung: Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 5
6 Röntgenabsorption (aus Streutheorie) Daher bei hohen Energien Streuung dominant, bei kleinen Energien Absorption. Absorption Dichte-> Massenabsorptionskoeff. κ α = µ α /ρ Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 6
7 Energieabh. der Absorptionsprozesse Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 7
8 Beiträge zum Massenabsorptionskoeff. Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 8
9 Energieabhängigkeit der Absorption Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 9
10 Materialabhängigkeit Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 10
11 Absorptionskanten Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 11
12 Moseley Gesetz Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 12
13 Moseley Diagramm ->Abschirmzahl S Frequenz aus Wellenlängenbestimmung durch Bragg Beugung am Gitter Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 13
14 Zusammenfassung Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 14
15 Auger-Elektronen Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 15
16 Linienformen Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 16
17 Synchrotronstrahlung (-> sehr intense Röntgenstrahlung) Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 17
18 Synchrotronstrahlung (-> sehr intense Bremsstrahlung) Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 18
19 Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 19
20 Zusammenfassung Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 20
21 Prinzip eines Lasers Das Wort Laser ist eine Abkürzung für Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Für den Laser spielen drei Wechselwirkungen zwischen Atomen und Photonen eine Rolle: Absorption, spontane Emission und induzierte Emission: Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 21
22 Pumpen eines Lasers Um die Elektronen in einen angeregten Zustand zu bringen, muß der Laser "gepumpt" werden. Dies kann z.b. durch Gasentladung, Licht oder andere Laser geschehen. Bei einem 3-Niveau-Laser wird dabei ein Elektron in ein noch höheres Energieniveau gebracht und fällt dann wieder auf das Energieniveau E2 zurück (siehe Skizze). Die dabei entstehende Energie wird als Wärme abgegeben. Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 22
23 Besetzungsinversion In einem Laser werden zunächst durch das sogenannte "Pumpen" Elektronen in einem Medium auf ein höheres Energieniveau gebracht. Es müssensichmehrelektronenimangeregtenzustand befinden als im unangeregten. Diesen Zustand nennt man Besetzungsinversion. Wird nun durch die spontane Emission ein Photon frei, löst dieses durch die induzierte Emission eine "Kettenreaktion" aus. Die erzeugten Photonen besitzen günstigerweise alle die gleiche Wellenlänge und Phase. Um den Effekt zu verstärken werden normalerweise Spiegel auf beiden Seiten des Mediums plaziert. Einer von ihnen ist nicht vollständig verspiegelt und läßt einen geringen Teil des Lichts passieren. Das Licht wird nun zwischen beiden Spiegeln hin- und herreflektiert und erzeugt weitere induzierte Emissionen. Der erzeugte Laserstrahl tritt durch den Halbspiegel aus. Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 23
24 Pumpen eines Lasers Um die Elektronen in einen angeregten Zustand zu bringen, muß der Laser "gepumpt" werden. Dies kann z.b. durch Gasentladung, Licht oder andere Laser geschehen. Bei einem 3-Niveau-Laser wird dabei ein Elektron in ein noch höheres Energieniveau gebracht und fällt dann wieder auf das Energieniveau E2 zurück (siehe Skizze). Die dabei entstehende Energie wird als Wärme abgegeben. Freq. des Lasers: Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 24
25 Aufbau eines Lasers 3 Komponenten: Medium mit metastabilen Energieniveaus Resonator mit Spiegeln Energiequelle zum Pumpen Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 25
26 Zum Mitnehmen Röntgenstrahlung (durch Beschuss einer Elektrode mit Elektronen) zeigt Linien aus der diskreten Energieniveaus und ein kontinuierliches Spektrum durch Bremsstrahlung. Laser benutzt stimulierte Emission um koherentes monochromatisches Licht zu erzeugen Juni 21, 2005 Atomphysik SS 05, Prof. W. de Boer 26
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