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Lasermedium
Als Lasermedium (auch laseraktives Medium) wird ein Material bezeichnet, das sich zur Erzeugung von Laserlicht durch stimulierte Emission eignet.
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Grundidee
Ein Lasermedium, auch laseraktives Medium genannt, ist ein Material, das Laserlicht durch stimulierte Emission erzeugen kann. Stimulierte Emission bedeutet, dass angeregte Teilchen durch ein passendes Lichtteilchen dazu gebracht werden, weiteres Licht mit passenden Eigenschaften auszusenden.
Das Lasermedium ist neben der Pumpquelle und dem Resonator eines der drei wesentlichen Elemente eines Lasers. Die Pumpquelle liefert Energie, der Resonator mit Spiegeln verstärkt und ordnet das Licht. Eine Ausnahme sind Freie-Elektronen-Laser (FEL): Sie sind völlig anders konstruiert und arbeiten ohne laseraktives Medium.
Bedeutung für Lasereigenschaften
Laser werden typischerweise nach ihrem Lasermedium eingeteilt, zum Beispiel als Festkörperlaser, Farbstofflaser oder Gaslaser. Der Grund ist, dass das Medium beziehungsweise der lichtverstärkende Aufbau zusammen mit dem Resonator wichtige Eigenschaften des Lasers bestimmt.
Dazu gehören die Wellenlänge des Laserlichts, bei sichtbarem Licht also auch die Farbe, außerdem die maximal erreichbare Leistung und die Pulseigenschaften.
Arten von Lasermedien
Ein laseraktives Medium kann allgemein ein Festkörper, eine Flüssigkeit oder ein Gas sein.
Festkörper sind zum Beispiel dotierte Gläser und Kristalle; solche Laser heißen Festkörperlaser. Eine Dotierung bedeutet, dass einem Material gezielt Fremdstoffe zugesetzt werden, damit es bestimmte optische Eigenschaften erhält.
Flüssige Lasermedien sind zum Beispiel Farbstofflösungen; sie werden in Farbstofflasern verwendet. Gasförmige Medien sind zum Beispiel ein Helium-Neon-Gemisch oder Argon; sie werden in Gaslasern genutzt.
Voraussetzung
Eine notwendige Voraussetzung dafür, dass ein Material als Lasermedium geeignet ist, ist die Möglichkeit einer Besetzungsinversion durch externe Energiezufuhr. Besetzungsinversion bedeutet, dass mehr Teilchen in einem angeregten Energiezustand sind als in einem niedrigeren Zustand. Das ist wichtig, damit Lichtverstärkung durch stimulierte Emission möglich wird.
Die externe Energiezufuhr wird im Artikel als optisches Pumpen bezeichnet. Dabei wird Energie in das Medium eingebracht, um die Teilchen in angeregte Zustände zu versetzen.
Sonderfälle
Nicht alle Laser besitzen ein laseraktives Medium im Sinne eines gewöhnlichen Materials. Die Besetzungsinversion kann auch mithilfe von Strukturen erzeugt werden.
Als Beispiele nennt der Artikel Strukturen aus Halbleitermaterial beim Diodenlaser oder beim Quantenkaskadenlaser.
Weiterführende Quellen
Der Artikel verweist auf den Eintrag „Gain Media“ in der Encyclopedia of Laser Physics and Technology sowie auf F. Kneubühl und M. Sigrist: „Laser“, 7. Auflage, Vieweg + Teubner, Zürich 2008, ISBN 978-3-8351-0145-6.
