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LASER

Ein Laser (Akronym für engl. L ight

A mplification by S timulated E mission of

R adiation, d. h. Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung) ist eine künstliche gerichtete Strahlungsquelle. Den Begriff prägte Gordon Gould 1957 in Anlehnung an den Maser. Frühere Arbeiten zu Lasern bezogen sich auf optical maser (optische Maser).

Allgemeines

Laser sind Strahlungsquellen, deren Gemeinsamkeit im Entstehungsprozess der Strahlung liegt, nämlich in der so genannten stimulierten Emission. Sie stellen im Prinzip einen rückgekoppelten Verstärker für die Strahlung dar. Die Verstärkung wird in einem Medium wie einem Kristall, einem Gas oder einer Flüssigkeit erreicht, welchem durch optisches Pumpen oder andere Weise Energie zugeführt wird. Laser gibt es für Strahlungen in verschiedenen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums: von Mikrowellen, über Infrarot, sichtbares Licht, Ultraviolett, bis hin zu Röntgenstrahlung.

Meistens wird das aktive Medium in einen Resonator eingebaut, um eine effektive Rückkopplung zu erzielen. Der Resonator beeinflusst die Eigenschaften des Laserstrahls.

Laser haben Eigenschaften, die sie stark von klassischen Lichtquellen (wie beispielsweise einer Glühlampe) unterscheiden. Hierzu gehören etwa ein sehr enges Frequenzspektrum (Farbe des Lichts), die Parallelität der Strahlung und eine große Kohärenzlänge. Aufgrund dieser Eigenschaften gibt es zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in Technik und Forschung. Sie reichen von der einfachen Anzeige (z. B. Laserpointer bei

Präsentationen) über Entfernungsmessgeräte bis hin zum Schneid- und Schweißwerkzeug oder auch als Laserskalpell in der Medizin.

Pulslaser können auch so konstruiert werden, dass sie Impulse mit extrem geringer Dauer (~ 10-fs-Bereich) aussenden. Die damit mögliche zeitaufgelöste Laserspektroskopie ist ein Standardverfahren zur Untersuchung schneller Prozesse geworden. Da Pulslaser oft nur wenige Lichtwellenzüge am Stück aussenden, haben sie prinzipbedingt eine sehr kurze Kohärenzlänge und ein breites Frequenzspektrum.

Geschichte

Albert Einstein beschrieb bereits 1916 die stimulierte Emission als Umkehrung der Absorption. 1928 gelang Rudolf Ladenburg der experimentelle Nachweis. Danach wurde lange gerätselt, ob der Effekt zur Verstärkung des Lichtfeldes benutzt werden könnte, da zum Erreichen der Verstärkung eine Besetzungsinversion eintreten musste. Diese ist aber in einem stabilen Zweiniveausystem unmöglich. Zunächst wurde ein Dreiniveausystem in Betracht gezogen, und Rechnungen ergaben eine Stabilität für Strahlung im Mikrowellenbereich, 1954 realisiert im Maser von Charles H. Townes, der Mikrowellenstrahlung aussendet. Der erste Laser – ein Rubinlaser – wurde von Theodore Maiman am 16. Mai 1960 fertiggestellt.

Die weitere Entwicklung führte dann zunächst zu Gaslasern (Stickstoff-, CO

2 -Laser, He-Ne-Laser) und danach zu Farbstofflasern (das laseraktive Medium ist flüssig). Eine Weiterentwicklung von Kristalltechnologien