Vertiefungskurs Laserphysik
Kurs für Schülergruppen

Experimente

• Welleneigenschaften von Licht (Beugung und Interferenz)
• Absorption, Emission, Fluoreszenz (Energieniveaus und Photonen)
• Messung der Strahlungsleistung mit Photodetektor und Oszilloskop (Quantisierung des Energieflusses)
• Aufbau und Charakterisierung von Pr:YLF-Lasern (Fluoreszenzspektrum, mittlere Lebensdauer der Elektronen im angeregten Zustand, Wellenlänge, Kohärenz, Spiking)
• Energiekonversion im Laser (atomare und makroskopische Effizienz)
• Laseranwendungen (Interferometrie, Messung der Lichtgeschwindigkeit, Wellenlängenselektion, Frequenzverdopplung)

Im ersten Teil des Kurses verwenden die Schüler*innen klassische Lichtquellen und arbeiten zu den Welleneigenschaften von Licht (Beugung und Interferenz) und zur quantisierten Energieaufnahme und Energieabgabe unterschiedlicher Stoffe bei Absorption, Emission und Fluoreszenz. In Messungen der Strahlungsleistung unterschiedlicher Lichtquellen und der mittleren Lebensdauer von Elektronen im angeregten Zustand erfahren die Teilnehmenden, dass die Energie von Licht für eine gewisse Zeit in einem Material gespeichert werden kann: eine Voraussetzung für Lichtverstärkung durch stimulierte Emission.
Für die Laserexperimente nutzen die Schülerinnen und Schüler mit Praseodym dotiertes YLiF4 (Pr:YLF) als Lasermedium. Pr:YLF besitzt ein Absorptionsmaximum bei 444 nm und ein Emissionsmaximum bei 640 nm, sowohl das Pumplicht als auch der Laserübergang liegen damit im Sichtbaren wodurch der eigenständige Aufbau und die Justage der gesamten Lasersysteme zuverlässig möglich ist. Die Ergebnisse der ausführlichen Charakterisierung der Laser diskutieren die Teilnehmenden im Wellenbild (Wellenlänge, Kohärenzlänge) und im Teilchenbild (Fluoreszenzspektrum, mittlere Lebensdauer). Auch die Bewertung der experimentell gemessenen Effizienz der Energiekonversion im Laser erfolgt mit Blick auf atomare und makroskopische Prozesse.
Nach erfolgreicher Charakterisierung nutzen die Schüler*innen im vier- bzw. fünftägigen Kurs „ihre“ Laser in Anwendungen (Messung der Lichtgeschwindigkeit in Luft, Messung der Abhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit vom Luftdruck) und experimentieren zu weiterführenden Phänomenen wie Wellenlängenselektion und Frequenzverdopplung. Abschließend diskutieren sie die Relevanz und das Potential der Laserphysik für technologische Innovationen und erhalten bei einer Laborexkursion in die Fakultät für Physik Einblicke in aktuelle Forschung mit Lasern.

Bei Rückfragen zum Kursinhalt und für inhaltliche Absprachen 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