Laser

Mechanismus

Ein Laser erzeugt Licht durch spezielle Aktionen mit einem Material, das als "optisches Verstärkungsmedium" bezeichnet wird. Mit Hilfe einer "Energiepumpe" wird Energie in dieses Material eingebracht. Dies kann Elektrizität, eine andere Lichtquelle oder eine andere Energiequelle sein. Die Energie bringt das Material in einen so genannten angeregten Zustand. Das bedeutet, dass die Elektronen im Material zusätzliche Energie haben, und nach einiger Zeit verlieren sie diese Energie. Wenn sie diese Energie verlieren, werden sie ein Photon (ein Lichtteilchen) freisetzen. Die Art des verwendeten optischen Verstärkungsmediums ändert die Farbe (Wellenlänge), die erzeugt wird. Die Freisetzung von Photonen ist der Teil des Lasers, der die "stimulierte Emission von Strahlung" darstellt.

Viele Dinge können Licht ausstrahlen, wie eine Glühbirne, aber das Licht wird nicht in eine Richtung und Phase organisiert sein. Durch die Verwendung eines elektrischen Feldes zur Steuerung der Art und Weise, wie das Licht erzeugt wird, wird dieses Licht nun eine Art sein, die in eine Richtung geht. Dies ist "kohärente Strahlung".

Zu diesem Zeitpunkt ist das Licht noch schwach. Die Spiegel auf beiden Seiten reflektieren das Licht hin und her, und dieses trifft auf andere Teile des optischen Verstärkungsmediums, wodurch diese Teile ebenfalls Photonen freisetzen und mehr Licht erzeugen ("Lichtverstärkung"). Wenn das gesamte optische Verstärkungsmedium Licht erzeugt, nennt man dies Sättigung und erzeugt einen sehr starken Lichtstrahl mit einer sehr schmalen Wellenlänge, den wir einen Laserstrahl nennen würden.

Gestaltung

Das Licht bewegt sich durch das Medium zwischen den beiden Spiegeln, die das Licht zwischen ihnen hin und her reflektieren. Einer der Spiegel reflektiert das Licht jedoch nur teilweise, so dass ein Teil entweichen kann. Das austretende Licht bildet den Laserstrahl.

Dies ist eine einfache Konstruktion; die Art des verwendeten optischen Verstärkungsmediums definiert normalerweise den Lasertyp. Es kann ein Kristall sein; Beispiele sind Rubin und ein Granatkristall aus Yttrium und Aluminium mit dem Seltenerdmetall als Beimischung. Gase können für Laser verwendet werden, indem Helium, Stickstoff, Kohlendioxid, Neon oder andere verwendet werden. Große, leistungsstarke Laser sind in der Regel Gaslaser. Ein Freie-Elektronen-Laser verwendet einen Elektronenstrahl und kann so abgestimmt werden, dass er verschiedene Farben emittiert. Bei den kleinsten Lasern schließlich werden Halbleiterdioden zur Erzeugung des Lichts verwendet. Dies sind die zahlreichsten Arten, die in der Elektronik verwendet werden.

Geschichte

Albert Einstein war der erste, der die Idee der stimulierten Emission hatte, die einen Laser erzeugen könnte. Von diesem Zeitpunkt an wurden viele Jahre damit verbracht, herauszufinden, ob die Idee funktionierte. Zuerst gelang es den Leuten, Masern herzustellen, und später kamen sie auf die Idee, kürzere Wellenlängen im sichtbaren Bereich zu erzeugen. Erst 1959 wurde der Name Laser von Gordon Gould in einer Forschungsarbeit geprägt. Der erste funktionierende Laser wurde 1960 von Theodore Maiman an den Hughes Research Laboratories zusammengestellt und betrieben. Viele Leute begannen zu dieser Zeit mit der Arbeit an Lasern, und die Frage, wer das Patent für den Laser erhalten würde, wurde erst 1987 entschieden (Gould gewann die Rechte).

Bewerbungen

Laser haben sowohl im täglichen Leben als auch in der Industrie viele Anwendungen gefunden. Laser sind in CD- und DVD-Playern zu finden, wo sie den Code von der Platte lesen, auf der ein Lied oder ein Film gespeichert ist. Ein Laser wird oft verwendet, um die Strichcodes oder SQR-Codes auf Dingen zu lesen, die in einem Geschäft verkauft werden, um ein Produkt zu identifizieren und seinen Preis anzugeben. Laser werden in der Medizin eingesetzt, insbesondere in der LASIK-Augenchirurgie, wo der Laser zur Reparatur der Form der Hornhaut verwendet wird. In der Chemie wird er in der Spektroskopie verwendet, um Materialien zu identifizieren, um herauszufinden, aus welcher Art von Gasen, Feststoffen oder Flüssigkeiten etwas hergestellt ist. Stärkere Laser können zum Schneiden von Metall verwendet werden.

Mit Lasern wird die Entfernung des Mondes von der Erde gemessen, indem die von den Apollo-Missionen zurückgelassenen Reflektoren reflektiert werden. Durch die Messung der Zeit, die das Licht braucht, um zum Mond und wieder zurück zu gelangen, können wir genau herausfinden, wie weit der Mond entfernt ist.

Laserpointer werden von Menschen verwendet, um auf einen Ort auf einer Karte oder einem Diagramm zu zeigen. Zum Beispiel werden sie von Dozenten verwendet. Viele Leute spielen auch gerne mit Laserpointern. Einige Leute haben sie auf Flugzeuge gerichtet. Das ist gefährlich, und in vielen Ländern ist es auch illegal. Für dieses Verbrechen sind Menschen verhaftet und strafrechtlich verfolgt worden.

Computer verwenden üblicherweise eine optische Computermaus als Eingabegerät. Moderne Laserpointer sind zu groß und leistungsstark für diese Verwendung, so dass die meisten Mäuse zu diesem Zweck kleine VCSEL's oder "Vertical cavity surface-emitting lasers" verwenden. Diese Laser werden auch in DVD- und CD-ROM-Laufwerken und in der Holographie verwendet.