Big Bang 7, Schulbuch

Licht als Träger von Energie 35 RG 7.2 G 7.2 Kompetenzbereich Atomphysik 85 Helium-Neon-Laser In Schulen wird zum Experimentieren meistens ein Heli- um-Neon-Laser verwendet (Abb. 35.22). Helium fungiert als Pumpgas , Neon als Lasergas . Das Gasgemisch hat nur rund 1/1000 des normalen Luftdrucks. Das Erzeugen von Laserlicht funktioniert so: Durch die angelegte Spannung fließen Elektronen durch das Gas. Sie stoßen mit den Heliumatomen zusammen und heben deren Elektronen auf ein metastabiles Niveau (Abb. 35.23 a). Wenn ein an- geregtes Heliumatom mit einem im Grundzustand befind- lichen Neonatom zusammenstößt, dann kann die vorher aufge-nommene Energieportion auf dieses übertragen werden (b). Die Erzeugung von Laserlicht findet statt, wenn das Neon- Elektron durch stimulierte Emission ein Photon aussendet (c). Danach fällt es wieder auf den Grundzustand zurück (d). Weil die Prozesse a bis d in den verschiedenen Atomen gleichzeitig ablaufen, kann dieser Laser Dauerlicht aussenden. i Abb. 35.22: Prinzip des Gaslasers, der in Schulen verwendet wird Abb. 35.23: Energieübergänge beim He-Ne-Laser: Das Pumpen erfolgt durch Zusammenstöße zwischen Elektronen und Heliumatomen. Beim Übergang c entsteht rotes Laserlicht mit 632nm. Halbleiterlaser Halbleiter sind Kristalle, deren Leitfähigkeit zwischen der von Leitern und von Nichtleitern liegt. Sie haben meistens 4 Valenzelektronen und werden absichtlich mit anderen Stoffen „verunreinigt“, die 3 oder 5 Valenzelektronen besit- zen. Dadurch entsteht ein relativer Elektronen-Überschuss oder -Mangel (Details siehe S. 49). Bei einem Halbleiterlaser bringt man p- und n-Schicht knapp aneinander und legt Spannung an (Abb. 35.24 links). Dadurch werden die freien Elektronen aus der n-Schicht praktisch in die Elektronen- löcher „geschoben“ – ein energetisch niedrigerer Zustand. Die Energie wird in Form von kohärentem Licht frei! Der Vor- teil des Halbleiterlasers liegt in seiner Winzigkeit. i Abb. 35.24 links: Schematischer Aufbau eines Halbleiterlasers; rechts: So winzig ist ein Halbleiterlaser im Vergleich mit einer Münze! Was denkst du, wie viele „Löcher“ pro Sekunde beim Brennen in eine DVD gemacht werden? Die Wissenschaftler sind in der Lage, die Entfernung des Mondes von der Erde auf rund 15 cm genau zu bestimmen. Wie machen sie das? F16 F17 35.5 Enterprise Weitere Anwendungen des Lasers Neben der Kohärenz hat Laserlicht noch zwei ganz besonde- re Eigenschaften: hohe Energiedichte und Parallelität. ? Fragenbox Die Anwendungsbreite des Lasers ist enorm (Tab. 35.2, S. 86). Vor allem aus der Computer- und Medienwelt sind Laser nicht mehr wegzudenken, zum Beispiel bei der Datenüber- tragung (Abb. 35.25; siehe auch Kap. 29.2, S. 21), im Laser- drucker oder beim Abspielen und Brennen von DVDs. Auch in der Medizin spielen Laser inzwischen eine sehr große Rolle. Info: Aus Pits werden bits -> S. 86 Info: Lichtklinge -> S. 86 Abb. 35.25: In vielen Fällen erfolgt heute der Datentransport mit Hilfe von gepulstem Laserlicht durch Glasfaserkabel . Das Licht kann die Faser nicht verlassen, weil es im Inneren totalreflektiert wird. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv