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Laser

Der Resonator

Abb.1
Resonator mit sphärischen Spiegeln

Sphärische Spiegel sind leichter zu justieren und haben den Vorteil geringerer Beugungsverluste. Der teildurchlässige Spiegel lässt den Laserstrahl austreten.

Das für die stimulierte Emission notwendige energiereiche Strahlungsfeld wird in einem optischen Resonator erzeugt, der aus zwei einander gegenüberstehenden, im allgemeinen parallelen Spiegeln besteht, zwischen denen sich das besetzungsinvertierte Lasermedium befindet. Die Justierung planparalleler Spiegel ist recht kritisch und die Beugungsverluste sind groß. Deshalb werden manchmal auch sphärische Spiegel in konfokaler oder konzentrischer Anordnung verwendet. Für einige Lasersysteme sind auch Resonatoren bestehend aus drei oder mehr Spiegeln möglich (Ringlaser).

Trifft im Fall eines 4-Niveau-Systems spontan emittiertes Licht der Frequenz ν 32 senkrecht auf einen der Spiegel, so wird es im Resonator hin- und her reflektiert. Unter bestimmten geometrischen Bedingungen, z.B. wenn der Spiegelabstand ein Vielfaches der halben Wellenlänge ist, bildet sich eine stehende Welle aus. Diese stehende Welle entleert den Zustand E3 durch stimulierte Emission, verbunden mit der Aussendung von Laserlicht. Da alle Atome im Resonator im Takt (d.h. kohärent) mit der stehenden Welle erzwungenermaßen schwingen, erfolgt die stimulierte Emission so (in einer vom Wellenfeld festgelegten Richtung), dass die stehende Welle sich aufschaukelt und verstärkt wird. Innerhalb des Resonators existiert dann ein sehr intensives Lichtfeld, von dem ein geringer Anteil den Resonator als scharf gebündelter, monochromatischer, kohärenter Laserstrahl verlässt, wenn einer der Spiegel eine geringe Durchlässigkeit (1-2%) besitzt.

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