Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

22 Emission und Absorption von Licht 13 Das laserwirksame Material ist das Neongas, Helium sorgt für das Pumpen: Die Heliumatomewerden durch die angelegte hohe Spannung und den damit ver- bundenen Elektronenstößen in angeregte Zustände versetzt. Die angeregten Heliumatome stoßen in der Folge auch mit Neonatomen zusammen. Dabei wird Energie von den Heliumatomen auf die Neonatome übertragen, Elektronen der Neonatome werden dabei in Energiezustände versetzt, die für stimulierte Emis- sion geeignet sind (metastabiles Niveau, Inversion). Bei der stimulierten Emission senden die Neonatome Licht mit einer Wellenlänge von 633 nm (rotes Licht) und einige Wellenlängen im Infrarotbereich aus. Gaslaser zeichnen sich (imGegensatz zum Festkörper- laser) durch eine kontinuierliche Laserstrahlung aus, weil die Energiezufuhr (für das „Pumpen“) kontinuier- lich erfolgt. Halbleiterlaser In Halbleiterlasern treten Ladungsträger (Elektronen und sogenannte „Löcher“, siehe S. 89, 90) an einer Grenzschichte von einem Halbleitermaterial in ein an- 13.4.3 deres über („pn-Übergang“). Dabei wird elektrischer Strom unmittelbar in Licht umgewandelt, das die Ei- genschaften eines Laserstrahles aufweist. Funktionsweise: Durch den Stromdurchgang werden Elektronen-Loch-Paare erzeugt, die den angeregten Zuständen der oben beschriebenen Laser entspre- chen. In der Folge rekombinieren diese Elektronen- Loch-Paare stimuliert und geben ihre Bindungsener- gie in Form von Lichtquanten ab. Der Wirkungsgrad solcher Halbleiterlaser ist sehr gut. Sicherheitsbestimmungen Die Allgemeine Unfallversicherungsanstalt (AUVA) hat vor allem für Arbeits- und Ausbildungsstätten viele Sicherheitsrichtlinien ausgearbeitet (Arbeitnehmer- schutzgesetze, BGBl 234/ 1972 und BGBl 218/1983 be- treffend den Schutz des Lebens, der Gesundheit und der Sittlichkeit der Arbeitnehmer). So hat beispiels- weise ein Schullaser nur eine Leistung von 1 mW. Die Sicherheitsbestimmungen sollen wegen der ho- hen Strahlungsenergiedichten vor allem dem„Schutz des Auges“ dienen. Bei Lasern mit höherer Leistung ist nicht nur der unmittelbare Laserstrahl sondern auch das Reflexionslicht für das Auge gefährlich. Beim Ar- beiten mit leistungsstärkeren Lasern muss daher eine Spezialbrille getragen werden. Weitere Gefahren während des Laserbetriebes sind vor allem auf das Zerstören von Materialien, beispiels- weise durch Entflammen, zurückzuführen. 13.4.4 Abb. 22.1 Aufbau einer „Laserdiode“ n-Schicht p-Schicht Laserstrahl Kontakt Abb. 22.2 Halbleiterlaser sind außerordentlich klein. Sie beste- hen aus Würfeln einer Kantenlänge von etwa 1 mm (!). Die aus der Kleinheit des optischen Resonators folgende Divergenz des Lichtstrahles kann durch optische Systeme ausgeglichen werden. (Wegen der Kleinheit der Austrittsstelle des Laserstrahles von einigen Mikrometern tritt Beugung auf.) Solche Halbleiterlaser werden als „Laserdiode“ zur optischen Datenspeicherung und im CD-Player verwendet. Abb. 22.3 links: Ist an einem Arbeitsplatz ein Laserbetrieb vorgesehen, muss dies durch ein Warnschild, schwarze Schrift auf gelbem Grund, bekanntgegeben werden. Rechts: Während des Laserbetriebs muss eine Warnleuchte (schwarz auf gelbem Grund) dies anzeigen. Laser max. Leistung CO 2 -Laser (Gaslaser) ≈ 20 kW Nd-YAG-Laser (Festkörperlaser)* ≈ 2 kW medizinischer Laser ≈ 50W Halbleiterlaser (im CD-Player) ≈ 1mW Schullaser (Gaslaser) ≈1mW *Neodym-Yttrium-Aluminium Granat BW7/S89 Nur zu Prüfzwe ken – Eigentum des Verlags öbv