Analyse der Funktionsweise eines Helium-Neon Lasers. Ein Versuchsbericht

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Theoretische Grundlagen
2.1. AllgemeinerAufbaueinesLaser
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

1. Einleitung

Bei einem Helium-Neon-Laser (He-Ne-Laser) handelt es sich ähnlich wie bei Sauerstoff-, Stickstoff oder CO2-Laser, um einen Gas-Laser, der Licht im kontinuierlichen Betrieb erzeugt. Diese Art der Dauerstrich-Laser wurde I960 von Javan et al. entwickeld.[1]

Die bei 632,8 nm im sichtbaren Wellenlängenbereich liegende Emission wurde erstmals von White und Ridgen 1962 erzeugt.[2]

Unter Verwendung verschiedener optischer Instrumente können anderer Wellenlängen emittiert werden.

Das Ziel dieses Versuches ist der Aufbau eines Ne-He-Lasers, die Analyse dessen Funktionsweise sowie die Untersuchung zweier verschiedener Laser-Wellenlängen im roten bzw. orangen Spektralbereich.

2. Theoretische Grundlagen

2.1 AllgemeinerAufbau 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 Glaskapillare in einer Quarzglas-Röhre. Des Weiteren befinden sich in der Gasentladungsröhr eine Anode und eine Kathode, welche über eine externe Spannungsversorgung verbunden sind.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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 2[1]s Zustand angeregten Heliumatome nun wiederum ihre Energie durch weitere Stöße auf die Neonatome übertragen. Das Helium wird demnach rein zur Energiezufuhr als Pumpquelle verwendet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.2: Besetzungsniveaus.[4]

Das Neon im Gasgemisch ist in einem Helium-Neon-Laser das aktive Medium und erzeugt den Laserstrahl. Durch die Stöße mit den angeregten Heliumatomen werden die Neonatome in den angeregten 3s Zustand gehoben. Dieser Zustand hat im Vergleich zum 2p Zustand eine zehnmal längere Lebensdauer, wodurch es durch weitere Stöße mit dem angeregtem Helium zu einer Besetzungsinversion, die eine Voraussetzung für einen Laser ist, kommt. Dabei befinden sich durch die hohe Lebensdauer des angeregten Zustandes mehr Atome in dem angeregten Zustand als im Grundzustand.

Durch Emission eines Photons und dem damit einher gehenden energetischen Absinken der Neonatome in den 2p Zustand wird das rote Laserlicht erzeugt. Durch spontane Emission wird anschließend der 1s Zustand erreicht, welcher durch Wechselwirkungen mit der Kapillarwand in den Grundzustand übergeht. Daher macht es keinen Sinn eine möglichst große Kapillare zu verwenden, da dadurch die Zeit bis zum Erreichen des Grundzustandes verlängert wird.

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