Laserlicht

Beschreibung des Bildes: DasLaserlichtDie 1917 von Albert Einstein (1879-1955) beschriebene Farbe ist blau, grün oder rot, also aus einer einzigen Farbe zusammengesetzt. Alle anderen Farben sind subtile Farbmischungen. 1960 gelang es dem amerikanischen Physiker Theodore Maiman (1927-2007) erstmals, mithilfe eines Rubinkristalls Laseremissionen zu erzeugen. Bildquelle:astronoo.com

Blaues, grünes oder rotes Licht

Natürliches oder künstliches Licht (Tageslicht, Glühlampe, LED usw.) ist Licht, das aus einer Überlagerung aller Farben besteht, also eine chaotische elektromagnetische Welle, die sich in alle Richtungen ausbreitet. Es handelt sich nicht um eine Welle mit gleichmäßiger Länge, sondern um ein ungeordnetes Plätschern auf der Wasseroberfläche.

Laserlicht (durch Lichtverstärkung stimulierte Strahlungsemission) ist natürliches Licht, dem alle Farben bis auf eine entzogen sind.

Obwohl es möglich ist, Laser mit mehreren Farben und gleichzeitiger Wirkung in mehrere Richtungen herzustellen, ist der am weitesten verbreitete und effizienteste Laser der monochrome und unidirektionale Laser. Laserlicht ist entweder blau, grün oder rot, besteht also aus einer einzigen Farbe (Primärfarbe). Alle anderen Farben sind Farbmischungen (Sekundärfarben). Beispiel: Eine Karotte absorbiert Blau, ihre Farbe ist daher eine subtile Mischung aller Farben außer Blau.

Es ist die Dauer des optischen Zyklus (Periode und Frequenz), die die Farbe der Laserstrahlung bestimmt. Laserlicht ist geordnet und kann sich geradlinig ohne Verzerrung über sehr große Entfernungen ausbreiten, sofern es verstärkt wird.

Das Bild, das wir durch Laserlicht im Vergleich zu natürlichem Licht behalten können, ist das eines Regiments, das im Gleichschritt marschiert, im Gegensatz zu einer Menschenmenge, die sich ungeordnet bewegt.

Stimuliertes Licht

Stimuliertes Licht ist eine Verstärkung, die durch die Emission von zwei Photonen aus der Energie eines einzelnen Photons erzielt wird. Dadurch wird das Laserlicht angeregt, sodass es leicht manipuliert werden kann.

Dank Spiegeln können wir es verbreiten, wohin und so weit wir wollen, und die Leistung erhöhen, wie wir wollen. Bemerkenswerte Beispiele sind Laserleitsterne, die zur Abstimmung astronomischer Beobachtungen verwendet werden, oder der leistungsstärkste Megajoule-Laser der Welt zum Testen der Kernfusion.

Hinweis: :
Nach den Gleichungen vonJames Clerk Maxwell (1831-1879), Licht ist eine sich selbst ausbreitende elektromagnetische Transversalwellemit elektrischen und magnetischen Komponenten, bei denen die elektrischen und magnetischen Felder im rechten Winkel zueinander schwingen und sich senkrecht zu der Richtung, in die sie sich bewegen, unbegrenzt ausbreiten, sofern sie nicht von der dazwischenliegenden Materie absorbiert werden. Das heißt, jede Feldart – elektrische und magnetische – erzeugt die andere, um die gesamte Verbundstruktur mit endlicher Lichtgeschwindigkeit durch den leeren Raum auszubreiten.

Einsatzmöglichkeiten von Laserlicht

Laserlicht wird nicht nur zur Dekoration von Veranstaltungssälen eingesetzt. Die Einsatzmöglichkeiten von Lasern sind zahlreich und reichen von der Diode mit sehr geringer Leistung (0,000001 Watt), die in optischen Lesegeräten vorhanden ist, bis zum Megajoule-Laser (10).¹⁵Watt) entwickelt, um mit der kontrollierten Kernfusion zu experimentieren.

Laserlicht ist in unser tägliches Leben eingedrungen. Man findet es in Supermärkten (Lesen von Barcodes), in der Informatik (Lesen von DVDs, Blu-rays, Laserdruckern), beim Transport von Informationen (optische Fasern), bei Präzisionsmessungen in der Physik (Entfernung Erde/Mond, Fotografie von Atomen), in der Industrie (Laserentfernungsmesser, Radar, Laserschneiden, Schweißen, Gravieren), in der Medizin (Augenchirurgie, Dermatologie, Laserskalpell), in der Verteidigung (Atomwaffensimulation), in der Forschung (kontrollierte Plasmafusion), in der Astronomie (Lasertelemetrie auf Satelliten, adaptive Optik mit der Laser-Leitstern).

Wir produzieren auch kohärente unsichtbare Laser aus Mikrowellen (außerhalb des sichtbaren Spektrums), sogenannte Maser. Diese Geräte werden häufig in verschiedenen fortgeschrittenen Bereichen wie Interferometrie, Metrologie und Atomuhren eingesetzt. Maser spielen bei diesen Anwendungen eine entscheidende Rolle, da sie äußerst stabile und präzise elektromagnetische Wellen erzeugen können, was für hochpräzise Messungen und hochmoderne Timing-Anwendungen unerlässlich ist.

Die Kraft des Lasers

Zur Leistungssteigerung produzieren wir auch gepulste Laser.

Diese Laser emittieren intermittierend Licht, was die Beobachtung extrem schneller physikalischer Phänomene ermöglicht. Durch die Aussendung ultrakurzer Lichtblitze ist es möglich, ultrakurze Bilder von sich schnell bewegenden Objekten aufzunehmen. Der Femtosekundenlaser beispielsweise funktioniert wie ein Blitz und ermöglicht die Aufnahme fotografischer Bilder mit extrem kurzer Belichtungszeit. Hierzu ist eine sehr intensive Beleuchtung erforderlich.

Der Vorteil gepulster Laser liegt in ihrer Fähigkeit, Licht in extrem kurzer Zeit zu bündeln und seine Leistung zu steigern. Je kürzer die Blitzdauer, desto höher die Leistung.

In einer Attosekunde (10^-18Sekunde) legt Licht den Durchmesser eines Atoms zurück, während es in einer Sekunde die Distanz Erde/Mond zurücklegt. Diese ultrakurze Dauer ist an die Bewegungen von Materiemolekülen und sogar an die Bewegungen von Elektronen in Atomen angepasst. Mit dem Femtosekundenlaser können hohe Spitzenleistungen (bis zu 100 Joule pro Puls) wie bei großen Petawatt-Systemen erreicht werden. Verschiedene Anwendungen nutzen diese einzigartigen Eigenschaften des Lichts ganz oder teilweise (Forschung, Industrie, biomedizinischer Bereich). Mit dem Attosekundenlaser können wir die elektronischen Wolken um ihre Atomkerne fotografieren. Indem wir sowohl ultraintensive als auch ultrakurze Lichtimpulse formen, können wir in das Herz der Materie vordringen.

Elektronische Wolke, aufgenommen mit einem Attosekundenlaser

In dieser Bildfolge sehen wir die charakteristische Struktur desOrbital des Stickstoffmoleküls N2. Das erste Bild ist das berechnete Bild, das zweite ist das experimentell rekonstruierte Bild und das dritte Bild ist theoretisch rekonstruiert.

Zusammenhang zwischen Laserblitzleistung und Dauer

Zusammenhang zwischen Leistung und Blitzdauer gepulster Laser.

E=Pt oder Leistung = \(\frac{\text{Energie}}{\text{Zeit}}\)

Wenn wir 1 Joule in 1 Sekunde konzentrieren, erhalten wir 1 Watt, 1 J in 1 ms, wir erhalten 1 Kilowatt, 1 J in 1 µs, wir erhalten 1 Megawatt usw.