Pr:YLF-Laser

Wie funktioniert ein Laser - und weshalb hat Laserlicht besondere Eigenschaften?

In diesem Kurs bauen die Teilnehmenden eigenständig Pr:YLF-Laser aus Einzelkomponenten auf, charakterisieren ihre Laser und nutzen sie in verschiedenen Anwendungen.

Ab Jahrgang 11, halbtägig oder ganztägig, max. 12 TN

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Experimente:

  • Aufbau der Lasersysteme aus den Einzelkomponenten
  • Feinjustage der Resonatoren und Inbetriebnahme der Lasersysteme
  • Untersuchung der Fluoreszenz von Pr:YLF
  • Bestimmung der Wellenlänge der Laserstrahlung durch Beugung und Interferenz am Gitter

Zusätzlich bei ganztägigen Kursen:

  • Messung der mittleren Lebensdauer der Elektronen im angeregten Zustand
  • Nutzung der Pr:YLF-Lasersysteme in Anwendungen (Michelson-Interferometer, Messung der Lichtgeschwindigkeit, Untersuchungen zur Kohärenzlänge, Frequenzverdopplung)

Kombinationsmöglichkeiten für größere Gruppen:
Öffnet internen Link im gleichen FensterHe-Ne-Laser, Öffnet internen Link im gleichen FensterAtomphysik, Öffnet internen Link im gleichen FensterRöntgenphysik, Öffnet internen Link im gleichen FensterWellenphysik


Alternative Kurse:
Öffnet internen Link im gleichen FensterHe-Ne-Laser, Öffnet internen Link im gleichen FensterLaserphysik


Kursbeschreibung:

Der Kurs beginnt mit einer Einführung in Grundlagen der Laserphysik. Schwerpunkte sind dabei die atomaren Prozesse bei der Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung und die technische Umsetzung dieser Prozesse in einem Lasersystem.
Für die experimentellen Arbeiten wird ein mit Praseodym dotierter Yttrium Lithium Fluor (Pr:YLF) Kristall als aktives Medium verwendet. Pr:YLF hat ein Absorptionsmaximum bei 444 nm und ein Emissionsmaximum bei 640 nm; sowohl das Pumplicht als auch der Laserübergang liegen also im Sichtbaren und ermöglichen damit eine zuverlässige Justage.
Im Experiment bauen die Schülerinnen und Schüler zunächst den Kondensor für das Pumplicht auf, nutzen Rückreflexe und Fluoreszenzlicht für Aufbau und Justage der Resonatoren und optimieren schließlich die Verstärkung bis der Laserprozess startet. Mit einem optischen Gitter bestimmen sie die Wellenlänge der Laserstrahlung und untersuchen das Fluoreszenzspektrum von Pr:YLF. Ihre Ergebnisse diskutieren sie mit Blick auf das Energieniveaudiagramm von Pr:YLF und den Laserprozess.
Im ganztägigen Kurs messen die Schülerinnen und Schüler zusätzlich mit Photodetektoren und Oszilloskopen die mittlere Lebensdauer der Elektronen im angeregten Zustand und schätzen daraus die Wahrscheinlichkeit für stimulierte Emission ab. Weiterhin können sie mit ihren Lasersystemen ein Michelson-Interferometer aufbauen, die Kohärenzlänge der Laserstrahlung bestimmen oder in einem Laufzeitexperiment die Lichtgeschwindigkeit messen. Zur Abstimmung der genauen Kursinhalte nehmen Sie bitte Kontakt mit dem Team des Fachbereichs Physik auf.


Unterrichtsbezüge:

Atomstruktur: geladene Teilchen, Hülle und Atomkern
Licht als elektromagnetische Welle
Wellen und Quanten