Laser Funktionsweise - Einstein erklärt! (Animation)
Thomas Schwenke
https://www.youtube.com/watch?v=cEqMi0D_F2g

Transkript (automatisch erstellt)

0:03 [Musik] [Applaus] [Musik] die stimulierte Emission von Licht zeigt
0:18 erstmals Einstein 1916 auf hierzu benötigen wir zunächst ein Atom dass wie jedes andere Atom in unserer Welt Elektronen besitzt weiterhin benötigen
0:29 wir ein also ein Lichtteilchen oder Lichtquant das Atom besitzt Elektronen die um den Atomkern Kreisen für eine
0:40 einfachere Darstellung wollen wir das BCH Atommodell verwenden und uns hierbei auf das Wasserstoffatom beschränken das lediglich ein Elektron besitzt das Atom
0:50 bzw das Elektron befindet sich in seinem Grundzustand den wir E0 nennen ein Elektron hat jedoch verschiedene klar definierte
1:00 Energiezustände uns reichen als Beispiel zwei weitere Zustände die wir E1 und E2 nennen ein Elektron kann von seinem Grundzustand E0 in ein höheres
1:11 Energieniveau wechseln wenn dem Atom genau die Energiemenge zugeführt wird so z.B durch ein Photon die dazu benötigt wird das Atom befindet sich dann in
1:21 einem Zustand der als angeregt bezeichnet wird dieser Zustand kann allerdings nicht lange aufrecht erhalten werden das Elektron geht schnell wieder
1:30 in seinen Grundzustand zurück und gibt dabei seine Energie in Form eines Lichtteilchens mit derselben Energie wieder ab da dies auf spontanem Weg
1:38 geschieht wird ein solcher Vorgang als spontane Emission bezeichnet wenn jedoch ein Atom ein Photon absorbiert und hiernach sofort ein zweites Photon folgt
1:49 resultiert hieraus eine stimulierte Emission das neuerzeugte Photon hat dann unter anderem die gleiche Energie die gleiche Richtung und die gleiche
1:57 Wellenlänge wie das eingefallene t es ist praktisch eine Kopie für einen Laser wird eine solche stimulierte Emission benötigt dabei wird
2:08 z.B auf ein dreiniveauystem zurückgegriffen hierzu wird ein Photon auf das Atom geschossen das Photon hat dabei so viel Energie dass das Elektron
2:18 direkt in den Energiezustand E2 springt kurze Zeit später geht es in den Energiezustand E1 über dies kann strahlungsfrei
2:28 geschehen um einen Laser zu bauen benötigen wir nun verschiedene Teile als erstes wird ein Spiegel mit einer Reflektivität von 100% benötigt
2:39 der Photonen reflektieren soll weiterhin benötigen wir ein Gas eine Flüssigkeit oder einen Feststoff also das aktive Medium das diese
2:51 Photonen erzeugt zudem wird ein weiterer Spiegel am anderen Ende benötigt der einige Photonen reflektieren andere hindurchlassen soll nun benötigen wir
3:02 noch eine Energiequelle die Photonen aussendet und damit das sogenannte optische Pumpen ermöglicht schauen wir uns nun an was
3:11 genau im aktiven Medium welches auch häufig als Lasermedium bezeichnet wird passiert die Atome bzw Elektronen liegen in ihrem Grundzustand im Feststoff vor
3:22 und werden nun durch sogenanntes Pumpen also das Einfügen von Energie beispielsweise in Form von Photonen auf ein höheres Energieniveau gehoben
3:32 hierbei handelt es sich um das Energieniveau 2 sehr kurze Zeit später geschieht strahlungslos der Übergang zum
3:42 Energieniveau 1 somit kann das Pumpen keine stimulierte Emission hervorrufen da zwei
3:51 unterschiedliche Energiemengen Bestehen von hier an verweilt das Atom bzw Elektron für eine Zeitl im
4:02 Energieniveau 1 bis es schließlich ein Photon durch spontane Emission aussendet und zwar in eine zufällige Richtung ein solches Photon kann nun wiederum auf ein
4:13 anderes angeregtes Atom treffen welches noch keine spontane Emission vollzogen hat und somit eine stimulierte Emission in diesem Atom auslösen denn das Photon
4:23 hat genau die Energie die dazu nötig ist eine stimulierte Emission herbeizuführen da nur längst zu den zwei spiegeln emittierte Photonen reflektiert werden
4:34 sind es auch nur diese die eben jene Kettenreaktion durch stimulierte Emission am Leben halten weiter noch nur Photonen mit gleicher Energie und
4:43 gleichem Impuls werden in das aktive Medium zurückgekoppelt dies ist der Grund für die starke Kohärenz und Einfarbigkeit
4:50 von Laserlicht wichtig hierbei ist dass die Energiequelle ständig die Atome in angeregte Zustände versetzt es müssen
4:59 dabei im aktiven Medium mehr angeregte Atome als Atome im Grundzustand existieren dies wird Besetzungsinversion genannt durch den teildurchlässigen
5:10 Spiegel entweichen einige der Photonen die dann aus dem Gerät austreten und von unserem Auge gesehen werden es gibt noch viele viele andere tolle Dinge die man
5:19 zum Laser sagen kann aber für diese Animation soll es erst einmal reicht