Atomphysik

Laser

Helium-Neon-Laser (Simulation)

  • Wie funktioniert ein Laser?
  • Was macht einen Laser so besonders?
  • Wo wendet man Laser an?

Helium-Neon-Laser (Simulation)

Die Besetzungsinversion bei den Neon-Atomen wird auf etwas andere Art als beim Rubin-Laser erreicht. Im Helium-Neon-Gasgemsich werden in einer Entladungsröhre die Heliumatome durch Elektronenstoß auf ein E2,He = 20,61eV über dem Grundniveau liegendes Anregungsniveau gehoben. Neon besitzt bei E3,Ne = 20,66eV ein um nur 0,05eV höheres Anregungsniveau, welches metastabil und somit für Laseranwendungen gut geeignet ist. Bei Zusammenstößen von Atomen mit annähernd gleichen Energieniveaus geht die Anregungsenergie des einen Atoms mit sehr großer Wahrscheinlichkeit auf das andere Atom über. Auf diese Weise wird das Neonatom durch den Stoß mit einem angeregten Heliumatom auf den metastabilen Anregungszustand gebracht (die fehlenden 0,05eV stammen aus der kinetischen Energie der Stoßpartner). Stimulierte Emission auf ein niedrigeres Anregungsniveau des Neons mit E2,Ne = 18,70eV kann durch ein Photon der richtigen Wellenlänge (λ = 632,8nm) ausgelöst werden. Aus diesem kurzlebigen Niveau mit E2,Ne geht das Neon schnell in den Grundzustand mit E1,Ne über. Nun kann es wieder durch einen Zusammenstoß mit einem Heliumatom angeregt werden.

Hinweise:

  • Das folgende Niveauschema ist stark vereinfacht.
  • Da insgesamt vier Niveaus an der Funktionsweise des He-Ne-Lasers beteiligt sind, spricht man auch von einem Vier-Niveau-Laser.


 

Auf der Seite http://phys.educ.ksu.edu/vqm/html/henelaser.html können Sie mit einer Shockwaveanimation die Energieniveaus des Heliums (links) verschieben. Ebenso können Sie den metastabilen Anregungszustand (drei Striche) und die kurzlebigen Zwischenzustände (sechs Striche) des Neons so simulieren, dass die möglichen induzierten Laserlinien zu sehen sind und Sie diese mit der Realität (actual, output spectrum) vergleichen können.

 

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