Die folgende Arbeit befasst sich mittels Versuchsbereicht mit dem Aufbau und Analyse der Funktionsweise eines Helium-Neon Lasers.
Nach einer theoretischen Einleitung und einer Erläuterung des allgemeinen Aufbaus eines Lasers erfolgt ein spezifischere Beschreibung der benötigten optischen Geräte für einen solchen Helium-Neon-Laser.
Abschließend erfolgt die Durchführung eines eigenen Versuches, welche sich besonders mit der Veränderung des Winkels am Littrow-Prisma und der so gegebenen Messbarkeit von Wellenlängen befasst.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Theoretische Grundlagen
2.1. Allgemeiner Aufbau eines Laser
2.2. Optische Geräte
2.2.1. Gasentladungsröhre
2.2.2. Brewsterfenster
2.2.3. Bragg-Spiegel
2.2.4. Littrow-Prisma
3. Versuchsdurchführung
4. Anhang
4.1. Literaturverzeichnis
Zielsetzung und Themenfelder
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der physikalischen Untersuchung eines Helium-Neon-Lasers. Ziel ist es, den Aufbau eines solchen Lasers experimentell nachzuvollziehen, dessen Funktionsweise theoretisch zu analysieren und durch den Einsatz optischer Komponenten verschiedene Emissionswellenlängen im roten und orangen Spektralbereich zu untersuchen.
- Grundlagen der Gaslaser-Technologie
- Aufbau und Funktion einer Gasentladungsröhre
- Rolle optischer Komponenten wie Brewsterfenster und Littrow-Prismen
- Analyse von Besetzungsniveaus und stimulierter Emission
- Experimentelle Bestimmung von Laser-Wellenlängen mittels Spektroskopie
Auszug aus dem Buch
2.1 Allgemeiner Aufbau eines Laser
Ein He-Ne-Laser besteht aus einer Gasentladungsröhre und zwei Spiegeln die zusammen den Resonator bilden. Ein allgemeiner Aufbau ist in Abbildung 1 gezeigt. Zwischen den Spiegeln befindet sich eine mit einem Helium-Neon-Gasgemisch gefüllte Kapillare in einer Quarzglas-Röhre. Des Weiteren befinden sich in der Gasentladungsröhre eine Anode und eine Kathode, welche über eine externe Spannungsversorgung verbunden sind.
Wird eine Hochspannung angelegt, entstehen freie Elektronen. Diese können nun durch Stöße zweiter Art, wobei die kinetische Energie des Elektrons in innere Energie des Heliumatoms umgewandelt wird, die Heliumatome, welche sich im Grundzustand befinden, in einen metastabilen, angeregten Zustand versetzen, der über dem Grundzustand liegt. Wie Abbildung 2 zeigt können die in einen 2¹s Zustand angeregten Heliumatome nun wiederum ihre Energie durch weitere Stöße auf die Neonatome übertragen. Das Helium wird demnach rein zur Energiezufuhr als Pumpquelle verwendet.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Einführung in die Geschichte und die grundlegende Funktionsweise von Gaslasern, insbesondere des Helium-Neon-Lasers.
2. Theoretische Grundlagen: Erläuterung des technischen Aufbaus sowie der physikalischen Prinzipien wie Besetzungsniveaus, stimulierte Emission und die Funktion spezifischer optischer Bauteile.
3. Versuchsdurchführung: Detaillierte Beschreibung des experimentellen Setups zur Ausrichtung des Lasers und der spektralen Analyse mittels Littrow-Prisma.
4. Anhang: Auflistung der im Rahmen der Arbeit verwendeten Quellen und weiterführenden Literatur.
Schlüsselwörter
Helium-Neon-Laser, Gaslaser, Gasentladungsröhre, Besetzungsniveaus, stimulierte Emission, Resonator, Brewsterfenster, Bragg-Spiegel, Littrow-Prisma, Wellenlänge, Spektroskopie, Photonen, Pumpquelle, Laserphysik, Optik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt den Aufbau und die experimentelle Untersuchung eines Helium-Neon-Lasers im Rahmen eines physikalisch-chemischen Praktikums.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf der Laser-Physik, speziell der Energietransfer zwischen Helium- und Neonatomen, sowie der Anwendung optischer Komponenten zur Wellenlängenselektion.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist der Aufbau eines He-Ne-Lasers sowie die Analyse seiner Funktionsweise durch die Untersuchung verschiedener Laser-Wellenlängen im roten und orangen Bereich.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Es wurde eine experimentelle Methode gewählt, bei der mittels eines Littrow-Prismas der Resonator so manipuliert wurde, dass gezielt unterschiedliche Emissionslinien selektiert und gemessen werden konnten.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine theoretische Erörterung der laserphysikalischen Grundlagen (Kapitel 2) und die praktische Umsetzung sowie Auswertung der Versuchsreihen (Kapitel 3).
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind unter anderem Gaslaser, stimulierte Emission, Besetzungsniveaus, Littrow-Prisma und Wellenlängenselektion.
Warum spielt Helium bei einem He-Ne-Laser eine entscheidende Rolle?
Helium dient in diesem System ausschließlich als Pumpquelle, indem es Elektronen durch Stöße in einen metastabilen Zustand versetzt, von dem aus sie die Energie effizient auf die Neonatome übertragen können.
Welchen Einfluss hat das Littrow-Prisma auf den Laserstrahl?
Das Littrow-Prisma wird im Strahlengang eingesetzt, um durch den winkelabhängigen Effekt der Dispersion gezielt bestimmte Wellenlängen zu reflektieren und somit zwischen der roten und der orangen Laserlinie zu wählen.
- Arbeit zitieren
- Sadik Mejid (Autor:in), 2015, Analyse der Funktionsweise eines Helium-Neon Lasers. Ein Versuchsbericht, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/475237
