P 152: Helium-Neon Laser (K)

 27. He-Ne-Gaslaser

...den gibt es in allen Schulen und oft auch in Abituraufgaben...

27.1 Gasentladung

In Q1 haben wir Gasentladungen kennengelernt.

Gase leiten auch elektrischen Strom. Dazu muss man den Druck reduzieren und eine, möglichst höhere, Spannung anlegen.

Durch kosmische Strahlen oder natürliche Radioaktivität entstehen immer Ionen und Elektronen in der Luft.

Im Gegenteil: Werden die Ionen, wie bei manchen Klimaanlagen üblich, neutralisiert, fühlen wir uns nicht wohl.

Die Virenkiller im SFN sprühen auch Ionen in die Luft..mögen die Viren weniger, aber wir um so mehr...

Bei normalem Luftdruck ist die mittlere freie Weglänge auch bei angelegter Spannung sehr klein, die Ladungen, insbesondere die Elektronen, können kaum beschleunigt werden bevor wieder ein neuer Zusammenstoß stattfidnet..

Wiederholung: 

F = m*a = q*E = q * U/d gestattet die Berechnung der Beschleunigung einer Ladung q im Feld der Stärke E bzw. längs einer Strecke d durhchdie Spannung U.

Ist die Luft aber verdünnt, steigt die mittlere freie Weghlänge (das ist die Strecke zwischen zwei Stößen), die Ladungen nehmen Energie auf und können beim nächsten Stoß neue Ladungen durch Ionisation erzeugen.

Entweder durch die Stöße an die Atome (Stoßanregung) oder durch den Wiedereinfang der Elektronen (Rekombination) wird Licht ausgesandt.

So funktionieren Leuchtstoffröhren! Da man oft verdünntes Ne-Gas genommen hat, spricht man auch von Neonlicht, auch wenn kein Neon drin ist...Neon kann halt nur rot...

27.2 Funktionsweise des He-Ne-Lasers

Im Prinzip ist das eine ganz normale Gasentladungsröhre, die aber mit Spiegeln versehen auf eine bestimmterstehende Welle abgestimmt ist.

 

F.Ganss, Praktikumsbericht

Die Gasentladung zündet bei eienr angelegten Spannung von etwa 12 kV. Beim Betrieb reichen 1,5 kV für einen Strom von 15 mA aus.

Die Heliumatome im Gas übernehmen das optische Pumpen. Die Neonatome machen das Laserlicht. Die Menge He/Ne beträgt etwa 10:1.

Durch Stoßanregung kommen die Heliumatome auf verschiedene metastabile Niveaus. Dort ist genügend Zeit durch Stöße, Energie an die Neonatome abzugeben.

Und dann geht es wie bei jedem Laser: Die Neonatome können durch die Stöße mit Helium in verschiedene metastabile Niveaus angeregt werden. Von dort aus gibt es viele stimulierte Übergänge, die Laserlicht erzeugen. Durch Abstimmung der Resonatorlänge wählt man aus den drei Laserlinien 633 nm, 1152 nm und 3392 nm das rote Licht bei 633 nm aus.

Im Bild ist nur der Lasereffekt für 633 nm dargestellt.

 

leifiphysik

 

Der Laserübergang liegt beim Ne zwischen den Niveaus 3 p und 2 p. 

Die Herstellungskosten sind niedrig, die Lebensdauer ist lang (sind halt nur Leuchtstoffröhren...)..früher kamen diese Laser oft vor. Heute sind sie, außer in Schulen, durch Diodenlaser abgelöst.

Aber die Kohärenzeigenschaften des Lichtes eines He-Ne-Lasers sind deutlich besser als bei Diodenlaser. Das merkt man, wenn man mit einem Laser-Pointer Interferenzversuche macht, weil der He-Ne-Gaslaser der Schule verschwunden ist...

 

Aufgabe: 

Überprüfe, dass der Laserübergang zu einer Wellenlänge von 633 nm führt.

(Dazu solltest Du nicht länger als 3,6 Minuten benötigen...).

Achtung...fertig...los....