Big Bang HTL 4, Schulbuch

Licht als Träger von Energie 14 Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) 133 Diesen Vorgang nennt man pumpen. Dann fallen die Elekt- ronen auf das metastabile Niveau zurück (b). Die Energie wird dabei nicht in Form von Strahlung frei, sondern mecha- nisch an das Kristallgitter abgegeben. Weil sich jetzt mehr Elektronen im angeregten Zustand befinden als im Grund- zustand, spricht man von einer Inversion (Umkehrung). Und dann passiert es: Irgendein Elektron fällt spontan als Erstes vom metastabilen Niveau und löst bei allen anderen Elektronen eine stimulierte Emission aus (c). Dabei entste- Abb. 14.13: T HEODORE M AIMAN und sein von ihm erfundener Rubinlaser Abb. 14.14: a) Normales Licht ist eine Mischung aus allen möglichen Frequen- zen bzw. Farben. b) Einfarbiges (monochromatisches) Licht beinhaltet nur eine Frequenz, die Wellenzüge haben aber unterschiedliche Richtungen und Phasen. c) Laserlicht besteht aus Photonen, die sich in allen Merkmalen gleichen. Es ist kohärent ( F9 ). hen völlig identische Photonen. Daher auch der Name zu- sammenhängendes (kohärentes) Licht. Die Wellenlänge beträgt 694nm. Rotes Licht also! Wenn sich alle Elektronen auf dem Grundniveau befinden, müssen sie wieder „hinaufgepumpt“ werden. Deshalb kann der Rubinlaser das Licht nur in Impulsen abgeben. Aber be- reits 1961 wurde ein Gaslaser erfunden, der kontinuierliches Licht abgeben kann. Die größte unmittelbare Rolle im Alltag spielen aber die Halbleiterlaser . Sie werden in CD-, DVD- und Blu Ray-Laufwerken (Abb. 14.16), Laserdruckern (siehe auch Kap. 16.1.3, NAWI I), Laserpointern, zur Datenübertra- gung in Glasfaserkabeln (Abb. 14.21) oder der Scannerkasse im Supermarkt eingesetzt (siehe Tab. 14.2). Info: Helium-Neon-Laser –> S. 134 Info: Halbleiterlaser –> S. 134 Abb. 14.15: Schematische Darstellung der Funktionsweise eines Rubinlasers: Zwischen dem Pumpen und dem Aussenden des Lichtblitzes liegen nur etwa 3/1000 Sekunden. Die entstehenden Photonen (c) werden hin und her reflektiert. Rund 2% verlassen bei jeder Reflexion den Laser durch den halbdurchlässigen Spiegel. Der Abstand der Spiegel ist genau so groß, dass sich dazwischen eine stehende Lichtwelle ausbilden kann. Wichtig: Oben sind die Energieniveaus mehrerer Atome zusammengefasst dargestellt. Nach dem Pauli-Verbot darf ein Niveau ja mit nur maximal zwei Elektronen besetzt sein. Abb. 14.16: Lesevorgang bei optischen Speichermedien wie CD, DVD und Blu Ray Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv