Laser
Der fundierte Einstieg in Theorie und Anwendungen des Lasers. Das Buch enthält eine ausführliche Beschreibung und Daten aller Lasertypen mit Hinweisen auf die vielfältigen Anwendungen, die von der Materialbearbeitung, Holographie, Spektroskopie bis zur Me
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Fritz Kurt Kneublihl, Markus Werner Sigrist
Laser
ISBN 978-3-8351-0032-9
ISBN 978-3-322-99688-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-99688-6
Vorwort Seit vielen Jahren halten wir an der ETH ZUrich einfUhrende und fortgeschrittene Laser-Vorlesungen fUr Studierende der Physik ab 5. Semester und fiir Doktorierende. Bine derartige Vorlesung ist an der ETH Ziirich fUr PhysikerInnen seit 1990 obligatorisch. Da zudem Laser und ihre Anwendungen in der Technik immer bedeutsamer werden, gibt es seit einiger Zeit auch Laser-Vorlesungen fiir Studierende der Ingenieurwissenschaften. Unter diesem Gesichtspunkt kamen wir zum SchluB, unseren immer zahlreicheren Studierenden anstelle unserer eigenen vervielf:0
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L:£ Zeit [20~
Fig. 3.5 Relaxationsschwingung des Nd3+: CaW04-Lasers [Johnson 1966]
die Periode T"" 6 Its. Die Relaxationsschwingung des Nd3+: CaW04-Lasers ist in Fig. 3.5 illustriert. Flir Gaslaser gilt im Normalfall r2> 2(r-l) XTsp '
da XTsp "" 1. In diesem Fall ist die Dampfung iiberkritisch. Es tritt keine Relaxationsschwingung auf. Zum Beispiel beim He-Ne-Laser gilt A "" 6328 A; x"" 6 . 106 S-l
3.4.5
10-7 s; flir Spiegel mit
Tsp ""
Rsp
=0.98.
Spiking
Beim Einschwingvorgang und bei starken Storungen des kontinuierlich betriebenen Lasers treten anharmonische Schwingungen mit markanten Spitzen auf. Diese werden als "Spiking" bezeichnet [Siegman 1986]. Das "Spiking" beim Einschwingen eines Lasers kann anschaulich wie folgt beschrieben werden: Nach dem Einsetzen des Pumpvorgangs baut sich im laseraktiven Material zunachst eine hohe Besetzungsinversion auf, da das Strahlungsfeld im Resonator und damit auch die Zahl der stimulierten Ubergange klein sind. Bei hoher Besetzungsinversion baut sich dann das Strahlungsfeld rapid auf. Das obere Lasemiveau wird jetzt so schnell entleert, daB die Pumpe nicht mehr genligend rasch Atome, Ionen oder Molektile anregen kann. Die Populationsinversion sinkt unter den Schwellenwert und das Strahlungsfeld rallt zusammen. Die Pumpe kann nun emeut eine hohe Inversion herstellen und ein neuer Zyklus beginnt. Bei relativ geringer Pumpleistung verschwinden die Schwingungen zugunsten einer konstanten Emission. Bei hochintensivem, gepulstem Pumpen ist die durch die hohe Pumpleistung erzeugte Besetzungsinversion so groB, daB das lawinenartig aufgebaute Strahlungsfeld die Populationsinversion so weit unter die Schwellengrenze drtickt, daB die Emission zum Erliegen kommt,
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B Allgemeine Grundlagen
bis die Pumpe wieder eine hohe Intensitat aufgebaut hat. In diesem Fall tritt keine Dfunpfung auf. Das "Spiking" eines Festkorperlasers ist illustriert in Fig. 3.6. Laseroszillati o~
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160,ps
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Fig. 3.6 "Spiking" eines Nd: YAG-Lasers [Siegman 1986]
Das "Spiking" wird exakt beschrieben durch die vereinfachten Ratengleichungen (3.33) und (3.34). 1m Gegensatz zu den Relaxationsschwingungen geniigen dafiir jedoch die linearisierten Ratengleichungen (3.47) und (3.48) nicht. Die Losung der Ratengleichungen (3.33) und (3.34) fUr groBe Ab5
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