Sexl Physik 7, Schulbuch

51 | Lasertypen und Anwendungen Das Laserprinzip wurde erstmals im Jahr 1954 zur Erzeugung kohärenter Mik- rowellen angewandt, der erste Laser war daher ein Maser (Microwave amplifica- tion by stimulated emission of radiation) . Es dauerte noch bis 1960, bis der Rubin- Laser (s. Physik 5, S. 7) und der He-Ne-Laser als erste Laser im sichtbaren Bereich strahlten. Viele verschiedene Lasertypen und Lasermedien mit einer Fülle von An- wendungen wurden seither entwickelt. Lasermedien können Festkörper (z. B. Kris- talle und Halbleiter), Flüssigkeiten (Farbstofflaser) oder Gase (He-Ne, CO 2 , …) sein und entweder gepulst oder im Dauerbetrieb betrieben werden. Die Lichtleistung von Lasern für die Industrie kann 20 kW und mehr betragen, ein Vielfaches wird allerdings für den Betrieb gebraucht. Laser sind zu Alltagsgeräten geworden. Ein kurzer Überblick über die Einsatzmög- lichkeiten wurde schon in der Einleitung zu Physik 5 gegeben. Eine nicht alltägli- che Anwendung bringt das folgende Beispiel. Ein künstlicher Stern Die Europäische Südsternwarte (ESO) betreibt in Chile das Paranal-Observatorium mit vier großen Spiegelteleskopen, die zusammengeschaltet das Very Large Telescope (VLT) bilden. Man benutzt eine adaptive Optik , d. h. die 8 m großen Spiegel wer- den durch Stellmotoren leicht verbogen, damit trotz atmosphärischer Schwankungen scharfe Bilder möglich sind. Eines der Teleskope schickt einen gelben Laserstrahl in den Himmel. Der Laserstrahl ( 51.2 ) regt eine Schicht von Natrium-Atomen in 90 km Höhe an. Vermutlich ist diese Schicht von Natrium-Atomen ein Überrest von Meteoriten, die in der Atmosphäre verglühen. Die leuchtenden Atome bilden als klei- ner heller Fleck einen künstlichen Stern. Der Teleskopspiegel wird so verformt, dass ein scharfes Bild des künstlichen Sterns und der anderen Himmelsobjekte entsteht. Untersuche, überlege, forsche: Polarisation von Laserlicht 51.1 Untersuche die Polarisation des Strahls eines Laserpointers mittels Polarisations- filtern (Polarisationsfolien, Polaroidbrillen). Untersuche die Polarisation des Streulichts beim Durchgang des Laserstrahls durch ein trübes Medium (z. B. Wasser mit einigen Tropfen Milch). Antwort auf die Eingangsfrage Das Beispiel Helium-Neon-Laser zeigt: Materialien für Laser müssen über lang- lebige angeregte Energieniveaus verfügen, aus denen Elektronen durch stimulierte Emission von Licht in tiefere Niveaus übergehen. Lichtstreuung an Dunst, Staub oder Nebel macht die Strahlen einer Lasershow für das Publikum sichtbar. 51.1 Laser für CD-Player enthalten winzige Halbleiterkomponenten, die Lichtemission erfolgt in einer etwa 1 µm dicken Schicht. 51.2 Ein Laserpointer für die Astronomie produziert einen künstlichen Stern. Über dem Teleskop erstreckt sich das Band der Milch- straße. Eigenschaften von Laserlicht •  Laserlicht ist nahezu paralleles Licht mit  einer einzigen Frequenz. • Die Teilwellen eines Laserstrahls schwin- gen in gleicher Phase, Laserlicht ist kohärentes Licht. •  Laserlicht ist linear polarisiert wegen  Eigenschaften des Spiegelsystems (Resonator). • Wegen des geringen Strahlquerschnitts  ist die Intensität von Laserlicht sehr groß, weshalb Sicherheitsvorschriften unbedingt befolgt werden müssen. Teste dein Wissen Photoeffekt 51.1 Was versteht man unter dem Photoeffekt bei Metal- len? 51.2 Wie hängt die Zahl der austretenden Elektronen von der Frequenz bzw. von der Intensität des Lichts ab? 51.3 Wie hängt die Energie der austretenden Elektronen von der Frequenz bzw. von der Intensität des Lichts ab? 51.4 Wie erklärte Einstein den äußeren Photoeffekt? 51.5 Wodurch unterscheiden sich innerer und äußerer Pho- toeffekt? Rutherford’sches Experiment 51.6 Warum werden α -Teilchen abgelenkt, wenn sie einem Atomkern nahe kommen? Bohr’sches Atommodell 51.7 Welche Annahmen trifft Bohr, um die Spektrallinien von Gasen zu erklären? 51.8 Welche Kräfte bestimmen die Bewegung des Elektrons um den Kern? 51.9 Sind ebene Elektronenbahnen ein ernst zu nehmendes Argument gegen das Bohr’sche Atommodell? Orbitale 51.10 Was versteht man unter einem Orbital? 51.11 Warum werden negative Werte für die Energieniveaus angegeben? 51.12 Welche Tatsache wird mit dem Pauli-Prinzip erklärt? 51.13 Was ist größer, der Atomradius oder die Wellenlänge von rotem Licht? 51.14 Warum emittieren H-Atome UV-Licht beim Übergang E 2 ¥ E 1 ? 51.15 Warum leuchtet eine Flamme gelb, wenn man Steinsalz- kristalle (NaCl) hinein streut? Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv