Physik-Facharbeit: Laser - Grundlagen, Systeme und Anwendung

4.2 Ultrakurze Lichtimpulse
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4.2.1 Die Güteschaltung
Laser zeichnen sich nicht nur als Quellen monochromatischer und kohärenter Strahlung
im stationären Betrieb aus, sondern eignen sich auch zur Erzeugung extrem kurzer und
äußerst intensiver Lichtpulse. Diese Pulse sind so kurz, dass man eigentlich nicht mehr
von einer Lichtwelle sprechen kann.
Die einfachste Art kurze Laserpulse
zu generieren heißt Güteschaltung
oder Q-Switch: Hierbei befindet sich
im Laserresonator ein optischer
Schalter. Bei geschlossenem
Schalter ist kein Laserbetrieb
möglich, da der Schalter dann
lichtundurchlässig ist und so einen
Spiegel verdeckt. Dabei kann sich
im aktiven Medium bei genügender Pumpleistung maximale Besetzungsinversion
aufbauen, da keine Atome durch induzierte Emission abgeregt werden. Der
Inversionszustand wird nur durch spontane Emissionsprozesse begrenzt. Öffnet sich der
Schalter, sobald maximale Inversion und somit ein maximaler Verstärkungsgrad
erreicht ist, schwingt der Laser an und erzeugt einen Lichtblitz, weil sehr viele Atome
mittels induzierter Emission Photonen aussenden.
Schließt sich der Schalter daraufhin, steigt wiederum die Zahl der angeregten Atome.
Wiederholt sich dieser Schaltvorgang periodisch, sind kurze, intensive Lichtpulse, so
genannte Riesenpulse, von circa 10 -8 Abb. 11: Eine einfache Darstellung der
Güteschaltung [9; S.87]
Sekunden Dauer die Folge. Natürlich ist die vom
Laser abgegebene Leistung im zeitlichen Mittel nicht größer als im stationären Betrieb
Im einfachsten Fall handelt es sich bei einem solchen Schalter um eine rotierende
Lochscheibe. Gebräuchlicher sind jedoch elektrooptische Schalter oder sättigbare
Absorber.
Für dieses Kapitel verwendete Literatur:
[12; S. 197f.; S. 204], [10; S. 90f., [9; S. 87f.]und [7; S. 72-74]