Laser - Licht in Formation
MaxPlanckSociety
https://www.youtube.com/watch?v=xFy9DNN0j4M

Transkript (automatisch erstellt)

0:06 Es gibt eine Lichtquelle, die fast überall um uns herum ist, obwohl sie künstlich ist. Sie ist in der Supermarktkasse, an Flughäfen, in CD und
0:14 DVD Laufwerken und auch in der Medizintechnik ist sie zu finden. Die Rede ist vom Laser. Ob Herzschrittmacher, heutige Automobile,
0:23 Computerchips und Handyakkus ohne Laser wären sie nicht herzustellen. Das Besondere am Laserlicht, es kommt in der Natur nicht vor und unterscheidet
0:33 sich extrem von dem Licht der Glühbirne. Schaltet man eine Glühbirne ein, werden im Inneren Wolframmatome angeregt. Ihre Elektronen werden dadurch auf ein
0:42 höheres Energieniveau gebracht. Da sie die aufgenommene Energie wieder loswerden wollen, fallen sie auf ihren Grundzustand zurück und geben dabei
0:50 Lichtteilchen, sogenannte Photonen, ab Wellenlängen des sichtbaren Lichts werden ausgestrahlt. Man spricht hierbei auch von spontaner Emission.
1:02 Einfaches Licht wird in alle Richtungen ausgesendet. Es wird in kurzen, oft unterbrochenen Wellen abgegeben. In einer Glühbirne etwa kommen alle
1:11 möglichen Farben vor. Das heißt, sie besitzen alle Wellenlängen des Lichtspektrums. Wir reisen nun in das Innere eines
1:19 Lasers. Das Wort Laser ist ein Kunstbegriff, der die Wirkungsweise beschreibt. Light amplification by Stimulated Emission of Radiation. Auf
1:29 Deutsch: Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung. Ein Laser sendet perfekt synchronisierte Lichtwellen aus. Grundlage für die
1:39 Entstehung von Laserlicht ist die stimulierte Emission. Die Lasermedien können aus unterschiedlichen Atomen bestehen. Je
1:47 nachdem, welches Lasermedium man verwendet, ändert sich die Farbe des Lasers. Chromatome in einem Rubinlaser erzeugen z.B. rotes Licht. Dem
1:56 Lasermedium wird zunächst von außen Energie zugeführt. Er wird gepumpt, entweder in Form von Licht oder Strom. Treffen Lichtteilchen, sogenannte
2:06 Photonen auf Atome des Lasermediums, gehen sie in einen angeregten Zustand über. Ein Blick ins Innere zeigt die Details. Die Energie des Photons
2:16 katapultiert ein Elektron auf eine höhere Umlaufbahn. In der Glühlampe fällt das Elektron nach einiger Zeit von selbst auf seine
2:24 ursprüngliche Bahn zurück und gibt wieder Energie in Form eines Fotons ab. Bei dieser spontanen Emission ist die Richtung des dabei freiwerdenden Photons
2:34 zufällig. Doch das ändert sich, wenn ein Photon auf ein bereits angeregtes Atom, also auf eines mit einem angeregten Elektron
2:43 trifft. Dann wird das Elektron zum Aussenden zusätzlichen Photons stimuliert. Dieses hat jetzt die gleiche Richtung und Farbe wie das stimulierende
2:52 Photon. Es besitzt also dieselbe Wellenlänge. Eine Lichtverstärkung findet nur statt, wenn die meisten Atome gleichzeitig
3:01 angeregt sind. Das ist die Umkehrung der natürlichen Verhältnisse. Man nennt dies Besetzungsinversion. Sie wird durch eine geschickte Wahl der
3:11 Pumenergie erreicht. Fällt nun ein Elektron eine Bahn zurück, gibt es ein Photon ab, das eine regelrechte Photonenlawine auslösen
3:20 kann. Es entstehen immer mehr Lichtteilchen, die im Gleichtakt schwingen und in dieselbe Richtung laufen. Von außen wird
3:28 weitere Energie zugeft. Dadurch bleiben die meisten Atome angeregt und lassen sich für die Lichtverstärkung nutzen. Spiegel an den Enden reflektieren die
3:39 Lichtteilchen. So nehmen die Photonen lawinenartig immer weiter zu. Durch den rechten teilurchlässigen Spiegel tritt ein Teil der Photonen wieder aus.
3:52 Die Vorteile von Laserlicht. Es ist ein hochgradig gebündelter Strahl. Billiarden von identischen Wellenperioden hintereinander, die
4:01 kohent, also im Gleichakt schwingen. [Musik] Wie gut gebündelt er ist, erkennt man an diesem Beispiel.
4:11 Mit einem 1000 Watt grünen Laser könnten wir den Vorgarten eines Schlosses auf dem Mond von der Erde aus wunderbar beleuchten.
4:20 Um dasselbe Ergebnis mit einer Glühlampe zu erreichen, würde man eine Leistung von 100 Billiarden Watt benötigen. Zur Versorgung einer solchen Lampe würden
4:29 alle Kraftwerke der Erde nicht ausreichen. Meist können Laser Licht nur einer bestimmten Farbe erzeugen, z.B. rot. Man
4:38 kann aber auch welche bauen, die viele verschiedene Farben addieren und erhält so etwa einen weißen Laser. Ein derartiger Laser kann ultra kurze
4:47 Lichtblitze, sogenannte Pulse, erzeugen. Je kürzer die Pulse, desto leistungsstärker werden sie. Mit solchen kraftvollen Lasern mit hochgradig
4:56 gebündelter Energie forschen die Wissenschaftler des Maxplan Instituts für Quantenoptik in Garching. Diese Lichtpulse blitzen innerhalb einer
5:05 Milliardstel einer Milliardstel Sekunde. Der Laser, eine Erfindung mit unzähligen Anwendungsmöglichkeiten. [Musik]