Wie funktioniert ein Laser? Grundlagen eines Lasers erklärt
Physikstudent
https://www.youtube.com/watch?v=MC-gg2Iomu4

Transkript (automatisch erstellt)

0:00 laser haben verschiedene anwendungen sowohl im alltag wie zum beispiel ein cd laufwerk oder laserpointern in der industrie zb beim schneiden von
0:07 materialien und auch in vielen bereichen forschung und der medizin werden laser eingesetzt aber wie funktioniert ein laser eigentlich
0:16 ein leser zu verstehen hilft nicht nur dabei die gerade genannten gerät besser zu verstehen sondern auch die verschiedenen möglichkeiten
0:23 kennenzulernen wie dicht mit atom texte wegen kann aber zu den wechselwirkungen zu kommen erkläre ich zunächst den aufbau eines
0:31 lesers damit du siehst welcher stelle diese wechselwirkung wichtig ist der wichtigste teil des lesers ist das sogenannte gay medium oder laser laser
0:39 medium in diesem wird immer wieder licht verstärkt und um eine sehr hohe intensität zu erzeugen dazu befindet sich dieses in einem resonator also in
0:52 einem im einfachsten fall zwischen zwei spiegeln der eine hat dabei eine sehr hohe reflektivität und nur sehr wenige
1:00 verluste also eine reflektivität nach 100 prozent und der andere lässt ein bisschen durch zum beispiel ein prozent dieser 1
1:10 prozent werden nachher der laserstrahl im resonator wird das liegt immer wieder durch das game medium hin und her reflektiert
1:20 und ein teil wird dann ihm ausgelassen was dann später zum laser strahlen außerdem ist einem laser noch eine sogenannte pumpe eingebaut dies kann zum
1:31 beispiel eine helle lampe sein hat also nicht so viel mit einer normalen punkte zu tun und sie diente zu energie bereitzustellen
1:39 an dieser stelle kommt auch die licht atom wechselwirkung ins spiel dazu ist wichtig zu wissen dass einige größen in der natur nur bestimmte werte annehmen
1:48 können nichts zwischen diesen werten man sagt auch dass diese großen diskret sind oder nicht kontinuierlich einerseits haben die elektronen im atom eine
1:58 diskrete energie sie können also nur bestimmte energien annehmen die man in einem energieniveau thema zeichnen kann das elektron kann keine energie zwischen
2:09 zwei linien annehmen auf der anderen seite tritt auch licht einer gegebenen frequenz oder wenning nur in diskreten einheiten auf also nur in bestimmten
2:18 energiemengen die die kleinstmögliche licht einheit nennt man auch foto die energie kann es gleich hlf oder es gleich htc durch lambda berechnet werden
2:29 wohl bei h & c das praktische wirkungs wandlung und die lichtgeschwindigkeit also naturkonstanten sind und f die frequenz
2:39 bzw lambda die wellenlänge des lichtes eine wechselwirkung zwischen dem foto und dem atom kann nun genau dann erfolgen wenn die
2:50 energie differenz zwischen 21 linie wo es genau der energie des fotos entspricht eine möglichkeit ist dabei dass das foto
2:59 an elektronen im unteren energiezustand in den oberen anregt dieser vorgang heißt absorption die zweite möglichkeit ist
3:08 dass ein photon ein elektron im oberen zustand dazu dazu bringt in den grundzustand zurückzufallen da dabei aber energie
3:17 frei wird wird ein zusätzliches foto und erzeugt was genau die gleichen eigenschaften das wieder das erste foto es ist also genau eine kopie des erst
3:26 das hat die gleiche richtung die gleiche frequenz und auch die gleiche phase dass das erste foto wird also quasi verdoppelt dieser vorgang heißt
3:35 stimulierte emission und ist die grundlage des lesers und einen dritten vorgang gibt es noch bei dem ein elektron in den unteren zustand
3:45 fällt ohne dass ein photon einfällt dabei wird ein foto frey der vorgang heißt spontane emissionen weil er plötzlich statt
3:56 des lesers ist nun durch stimulierte emission ein anfänglichen dichte impuls sehr stark zu verstärken dazu muss man es
4:07 irgendwie schaffen dass mehr stimulierte emission stattfinden als absorption damit nicht die zusätzlich ausgesandten photonen direkt wieder absorbiert werden
4:17 die einfachste möglichkeit die man sich vorstellen kann dies zu erreichen ist ein 2 niveau system es sind also zwei
4:26 energieniveaus beteiligt nennen wir diese je 1 und den 2 in diesen ist es noch nicht möglich mehr stimulierte emission als absorption
4:39 stattfinden zu lassen weil sich irgendwann ein gleichgewicht einstellt in dem genau so viele photonen absorbiert werden wie durch stimulierte
4:47 emission zusätzlich ausgestoßen werden daher muss man mindestens noch ein zusätzliches energieniveau hinzufügen nennen wir diesmal
4:57 3 dies hat die eigenschaft dass elektronen im zustand der drei schnell in den zustand e2 fallen durch spontane emission nun werden elektronen 5 stand e
5:11 1 in den zustand die drei punkt durch die pumpe zum beispiel durch ein durch die lampe die mittel weil wellenlänge lambda pumpe
5:23 da das elektron durch die spontane mission in die 2 fällt ist es möglich dass mehr elektronen im zustand 2 sind als im zustand der 1 dies nennt man
5:34 einen inversiones zustand und das und dadurch dass ein solcher inversion zustand vorliegt finden nunmehr stimulierte emission stadt von ins 21
5:48 als attraktion die ersten future werden dabei durch spontane nicht und die gleichzeitig auch noch stattfinden ausgelöst
5:58 damit aber wirklich im zustand die zwei mehr elektronen als im zustand die einst sind es ist wichtig dass das pumpen schneller stattfindet als die spontanen
6:08 emission von i2 nach je 1 die auch gleichzeitig noch stattfinden dadurch ist eine gewisse mindestbetrag nötig um einen inversion zustand zu erreichen und
6:21 lessing überhaupt möglich zu machen das ist auch schon der nachteil einer solchen drei level systems daher wird mal ist es ein 4 level system
6:30 benutzt bei dem noch ein vierter zustand unter den anderen dreien vorhanden ist das pumpen findet dabei vom untersten in den obersten stadt
6:39 und der übergang von e10 findet auch schnell statt durch spontane emission dadurch ist es möglich dass der zustand der 14 weniger elektronen sind und eine
6:53 kleine anzahl im zustand die zwei schon reicht um eine inversion zustand zu erzeugen und somit laser möglich zu machen
7:01 dadurch ist eine kleinere punkte nötig und der laser kann deutlich effizienter betrieben werden in den meisten heutzutage verwendeten lesern werden
7:12 also vier level systeme eingesetzt ich hoffe dir das video gefallen und das ungefähr verstanden wie 1 3 level und 1 4 level laser funktionieren wenn du
7:22 fragen oder anmerkungen hast schreibt die sie gerne in die kommentare dann werde ich darauf antworten so gut ich kann bis zum nächsten video ein
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