Laser: Was bedeutet das? Light Amplification by Stimulated Emission of. Radiation. Inversion der Besetzung

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Birgit Hochberg
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1 Laser: Was bedeutet das? Light Amplification by Stimulated Emission of Bezeichnung für einen Prozeß Heute: Apparat zur Erzeugung von Licht Radiation Hochwertige Form von Licht: Laserlicht Inversion der Besetzung Wenn: Mehrheit der Atome (1) im Grundzustand -> Absorption E 2 (2) im angeregten Zustand -> stimulierte Emission E 1 (1) ist "Normalfall". Elektronen müssen durch Energiezufuhr angeregt werden Herstellen einer Inversion durch "Pumpen" des oberen Zustands

2 Aufbau eines Lasers 1. Laseraktives Material 2. Resonator (zwei Spiegel) 3. Energiequelle zum "Pumpen" (z.b. Blitzlampe) Laser Funktionsweise eines Lasers Aufbau einer "Lichtlawine" Laserstrahl

3 Verstärker mit Rückkopplung werden Oszillatoren F V V elektronischer Oszillator Laser-Oszillator He-Ne Laser Termschema und Funktion Aufbau

4 Helium-Neon-Laser: Wellenlängen-Selektion mit einem Littrow-Prisma Ionisationsgrenze Neon + 1,08-1,20 μm 3,34 μm nm ~ 600 nm α B Littrow-Prisma mit Endspiegel Sichtbare Linien des HeNe-Lasers Frequenzselektion im Laser mit Fabry-Perot-Etalons α 1 Δ FPE PZT Transmission 0 Δ Res Δ FPE Δ Res Frequenz

5 Laserleistung: Wirkung der Transmission des Auskoppelspiegels Normierte Ausgangsleistung 0 T/A , V/A VERST RKUNG ABSORPTION TRANSMISSION Erbium-Verstärker: Niveauschema und Verstärkungsprofil Energie [ 10 3 cm -1 ] DL 980 nm 2,9 μm 1,55 μm 4I 9/2 4I 11/2 4I 13/2 4I 15/2 1,0 0,4 0,2 Abschw chung Glasfaser (db/km) Wellenl nge (nm) Optische Verst rkung (db)

6 Faserlaser, Prinzip Brechzahl aktiver Faserkern inneres Cladding u eres Cladding Faserquerschnitt Monomoden- Emission Pumpdiode Bragg-Spiegel. Einkopplung der Pumpstrahlung (Diodenlaser) longitudinal (hohe Strahlqualität) transversal (hohe Ausgangsleistung)

7 . Scheibenlaser: Minimierung der thermischen Verzerrungen Doppelkern-Faserlaser: "Grundmode" für die Laserstrahlung und großes Pumpvolumen. Faserlaser Holger Zellmer, Stefan Nolte und Andreas Tünnermann, Physik Journal 4, 29 (2005)

8 Halbleiter: Bandstruktur und Ladungstr ger Bindungsenergie E G intrinsisch n-dotiert E A p-dotiert Halbleiter: pn- berg nge und Inversion 0 V p n -V p n +V p n ε LB VB ε -ev ext LB VB ε -ev ext LB VB Inversionszone

9 Eigenschaften von pn- berg ngen mit Injektionsstrom Ladungstr gerdichte und Fermienergien Absorption und Verst rkung E E g LB ε L ε L -ε V Transparenzgrenze α [cm -1 ] THz α 0 ε ε (E-E g )/h 0 ε V VB n el =n h Laserdioden: Bandstruktur-Varianten Homostruktur Heterostruktur Quantenfilm LB LB LB VB VB VB

10 Schichtensysteme f r Laserdioden Metall Aktive Zone SiO 2 P P P N n N N l typ =0,3mm Homostruktur Gewinnf hrung Doppel-Heterostruktur Laserdiode im TO5-Geh use W rmeableiter Glasfenster Laserdiode TO-Geh use Monitor- Photodiode

11 Laserdioden: Strom-Leistungs-Kennlinie,,Kink" "roll over" Schwellstrom I th Injektionsstrom Abstimmbarer Diodenlaser nach dem Gitterprinzip

12 Konzepte f r Hochleistungs-Diodenlaser p-kontakt Master-Laser μ μ μ Quantenfilme Dioden-Array Breitstreifen-Laser Trapez-Verst rker.

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