Der Laser

In Schulen wird zum Experimentieren meistens ein Helium-Neon-Laser verwendet (Abb.). Helium fungiert als Pumpgas, Neon als Lasergas. Das Gasgemisch hat nur rund 1/1000 des normalen Luftdrucks.

Prinzip des Gaslasers, der in Schulen verwendet wird.

Das Erzeugen von Laserlicht funktioniert so: Durch die angelegte Spannung fließen Elektronen durch das Gas. Sie stoßen mit den Heliumatomen zusammen und heben deren Elektronen auf ein metastabiles Niveau (folgende Abb. a). Wenn ein angeregtes Heliumatom mit einem im Grundzustand befindlichen Neonatom zusammenstößt, dann kann die vorher aufgenommene Energieportion auf dieses übertragen werden (b).

Energieübergänge beim He-Ne-Laser. Das Pumpen erfolgt durch Zusammenstöße zwischen Elektronen und Heliumatomen. Beim Übergang c erzeugen die Neonelektronen rotes Laserlicht mit 632 nm.

Die Erzeugung von Laserlicht findet statt, wenn das Neon-Elektron durch stimulierte Emission ein Photon aussendet (c). Danach fällt es wieder auf den Grundzustand zurück (d). Weil die Prozesse a bis d in den verschiedenen Atomen gleichzeitig ablaufen, kann dieser Laser Dauerlicht aussenden.

Halbleiter sind Kristalle, deren Leitfähigkeit zwischen der von Leitern und Nichtleitern liegt. Sie haben meistens 4 Valenzelektronen und werden absichtlich mit anderen Stoffen „verunreinigt„, die 3 oder 5 Valenzelektronen besitzen. Dadurch entsteht ein relativer Elektronen-Überschuss oder -Mangel (folgende Abb.).

Wird Silizium mit Arsen „verunreinigt“ (5 Valenzelektronen), erhält man ein Elektron, das frei herumschwirren kann. Nimmt man aber Bor (3 Valenzelektronen), erzeugt man quasi ein „Elektronenloch„, das man als positive Ladung interpretieren kann.

Bei einem Halbleiterlaser bringt man p- und n-Schicht knapp aneinander und legt Spannung an (folgende Abb.). Dadurch werden praktisch die freien Elektronen aus der n-Schicht in die Elektronenlöcher „geschoben“ - ein energetisch niedrigerer Zustand. Die Energie wird in Form von kohärentem Licht frei! Der Vorteil des Halbleiterlasers liegt in seiner Winzigkeit.

Links: Schematischer Aufbau eines Halbleiterlasers; rechts: So winzig ist ein Halbleiterlaser im Vergleich mit einer Münze!

Das Wort Laser ist ein sogenanntes Akronym. Darunter versteht man generell Wörter, die aus den Anfangsbuchstaben bzw. Abkürzungen anderer Wörter bestehen. Laser steht zum Beispiel für „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation„. Übersetzt bedeutet das so viel wie „Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung“. Es geht hier also um die stimulierte Emission von Photonen.

In Wissenschaft und Technik wimmelt es nur so von Akronymen: NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency), RADAR (Radio Detection And Ranging /*Kap. 35.2*/), PET (Positron EmissionsTomografie /*Kap. 3.7*/), PC (Personal Computer), CD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc), CERN (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire /*Kap. 31.2*/), DESY (Deutsches Elektronen Synchrotron) oder SOHO (Solar and Heliospheric Observatory /*Kap. 37.4*/), um nur einige wenige zu nennen.