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Atomphysik am Laser
Kurs für Schülergruppen

Lassen sich Grundlagen der Atomphysik am Laser untersuchen? Quantenhafte Absorption und Emission sowie Energieniveauschemata werden in diesem Kurs an einem Lasermedium erarbeitet. Im Anschluss bauen die Teilnehmenden einen Laserresonator auf und beobachten Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung.

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Jahrgangsstufe
11 bis 13
Dauer
1 bis 1,5 Tage
Maximale Teilnehmerzahl
12 (18 ab Juni 2022)

Experimente

  • Quantenhafte Absorption und Energieniveauschemata
  • Quantenhafte Emission bei Fluoreszenz, Resonanzabsorption
  • Stochastische Vorhersagbarkeit von Übergängen angeregter Zustände
  • Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung
  • Dynamik des Laserprozesses

In diesem Kurs wird das Lasermedium Pr:YLF zur Untersuchung grundlegender atomphysikalischer Phänomene genutzt. Die Teilnehmenden beobachten die quantenhafte Absorption und Emission von sichtbarem Licht in Linienspektren und konstruieren daraus das Energieniveauschema von Pr:YLF. Dies ist möglich, da das Energieniveauschema von Pr:YLF im Wesentlichen dem von dreifach positiv geladenen freien Pr-Ionen entspricht und wohldefinierte Energieniveaus aufweist. Den stochastischen Charakter von Übergängen zwischen Zuständen untersuchen die Teilnehmenden ebenfalls experimentell. Mit Photodetektoren und Oszilloskopen messen sie den exponentiellen Abfall der Intensität der Emissionslinien nach optischer Anregung und bestimmen daraus die mittlere Lebensdauer von Elektronen im angeregten Zustand. Nach Einführung der stimulierten Emission bauen die Teilnehmenden einen Resonator um ihr Lasermedium auf und erzeugen Laserstrahlung. Die abschließende Untersuchung der Dynamik des Laserprozesses vertieft das Verständnis atomphysikalischer Prozesse bei der Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung.

Die Dauer des Kurses kann zwischen einem Tag (drei Experimente) und eineinhalb Tagen (alle Experimente) gewählt werden. Zudem können Experimente zur Charakterisierung und zur Anwendung der Laser angeschlossen werden. Nehmen Sie zur Abstimmung der Kursinhalte gern Kontakt mit dem Team des Fachbereichs Physik auf.

Unterrichtsbezug

Atomstruktur: geladene Teilchen, Hülle und Atomkern; Wellen und Quanten