Pr:YLF-Laser
Kurs für Schülergruppen

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

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-Fluorid (Pr:YLF)-Kristall als Lasermedium 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 Schüler*innen 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.

Unterrichtsbezug

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