Kleen / Müller Laser

Verstärkung durch induzierte Emission. Sender optischer Strahlung hoher Kohärenz und Leistungsdichte
Erscheinungsjahr 2013
ISBN: 978-3-642-87266-2
Verlag: Springer
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 568 Seiten, eBook

Ursprung dieses Buches ist eine gemeinsame, etwa fünf jährige Arbeit der Ver fasser und der Herausgeber auf dem Gebiet des Lasers im Forschungslaboratorium München der Siemens Aktiengesellschaft. Es gibt wohl kaum ein anderes Teil gebiet der modernen Physik und Technik (vielleicht ausgenommen das der Halb leiter), auf dem im letzten Jahrzehnt die zeitliche Dichte der Veröffentlichungen so groß war wie auf dem des Lasers. Außerdem hat dieses Fachgebiet als Grund lage eine Vielzahl recht verschiedener Spezialwissenschaften. Die Fülle und Viel fältigkeit des Stoffes sowie die Existenz von drei Laserarten, die sich durch ihre den Werkstoffen angepaßten Anregungsmechanismen unterscheiden, waren An laß für den Entschluß, mehrere Autoren heranzuziehen, von denen jeder einige Jahre auf einem der Teilgebiete tätig war. Die dadurch entstandene Gefährdung einer einheitlichen Darstellung hoffen wir durch gegenseitige Abstimmung soweit wie möglich vermieden zu haben. Zur Vielfältigkeit der Probleme auf dem Gebiet des Lasers folgendes: Die theo retische Grundlage bildet die Quantenphysik, im besonderen die Theorie der Spek tren. Wellenoptik und geometrische Optik sind weitere Elemente der Physik des Lasers, ebenso die Kristallphysik, insbesondere die optischen Eigenschaften von Einkristallen. All dies sind Teilgebiete der Physik. Daneben existieren Bereiche, die mit der Nachrichtentechnik eng verbunden sind.

Zielgruppe

Research

Autoren/Hrsg.

Kleen, W.

Müller, R.

Weitere Mitwirkende

Grau, G.

Gürs, K.

Rosenberger, D.

Winstel, G.

Inhaltsverzeichnis

1 Phänomenologische Beschreibung und Übersicht (Kleen).- Literatur.- 2 Atomphysikalische Grundlagen laseraktiver Stoffe (Rosenberger).- 2.1 Einleitung.- 2.2 Das Einelektronensystem.- 2.3 Mehrelektronensysteme.- 2.4 LS-Kopplung.- 2.5 Edelgasspektren, Racah-Kopplungsschema.- 2.6 Die Spektren der Seltenen Erden.- 2.7 Auswahlregeln für strahlende Übergänge in freien Atomen und Ionen.- 2.8 Atome und Ionen im homogenen äußeren Magnetfeld (Zeemaneffekt).- 2.9 Ionen im elektrischen Kristallfeld.- 2.10 Molekülspektren.- 2.11 Besetzung und Übergangswahrscheinlichkeiten.- 2.12 Linienform.- 2.13 Linienintensität und Verstärkung.- 2.14 Querschnitte bei Stoßprozessen.- Literatur.- 3 Optische Resonatoren und Ausbreitungsgesetze für Laserstrahlen (Grau).- 3.1 Einführende Bemerkungen.- 3.2 Der Übergang vom Hohlraumresonator zum Fabry-Perot-Resonator.- 3.3 Der Fabry-Perot-Resonator.- 3.4 Der konfokale Resonator mit sphärischen Spiegeln.- 3.5 Allgemeine Resonatoren mit sphärischen Spiegeln.- 3.6 Anpassung und Abbildung Gaußscher Strahlen.- 3.7 Äquivalenz von Resonator und Linsenleitung. Blenden und Linsen im Resonator; Ringresonatoren.- 3.8 Unterdrückung unerwünschter Moden.- Literatur.- 4 Der Laser als Verstärker und Oszillator (Gürs).- 4.1 Einleitung.- 4.2 Optische Verstärker.- 4.3 Nichtlineare Verstärkung, Sättigung.- 4.4 Die Schawlow-Townessche Anschwingbedingung für den Laseroszillator.- 4.5 Die Bilanzgleichungen.- 4.6 Das zeitliche Emissionsverhalten, Relaxationsschwingungen.- 4.7 Die Verteilung der Schwingungsenergie über die Länge des Laserresonators.- 4.8 Optimale Auskopplung.- 4.9 Zur Quantentheorie des Lasers.- 4.10 Die Bilanzgleichungen als Näherung der „neoklassischen“ Gleichungen.- 4.11 Der Effekt der Frequenzverschiebung bei homogenverbreiterter Linie.- 4.12 Linienprofil und Laserfrequenz bei inhomogen verbreiterter Linie.- 4.13 Die Möglichkeit der Koexistenz mehrerer angeregter Eigenschwingungen.- 4.14 Spezielle Effekte.- Literatur.- 5 Der optisch gepumpte Festkörperlaser (Gürs).- 5.1 Optisches Pumpen.- 5.2 Resonanzstrukturen.- 5.3 Die für das Schwingungsverhalten eines Festkörperlasers maßgebenden Größen.- 5.4 Die Eigenschaften der Emission.- 5.5 Der Festkörperlaser mit nur einer Eigenschwingung, „mode-selection“.- 5.6 Der Riesenimpuls-Laser.- 5.7 Der kontinuierliche Festkörperlaser.- 5.8 Spektroskopische Daten der wichtigsten Kristalle und Gläser.- 5.9 Der reale Festkörperlaser mit Materialfehlern und thermischen Störungen.- 5.10 Flüssigkeitslaser.- Tabelle: Werkstoffe und Daten von Festkörperlasern.- Literatur.- 6 Der Gaslaser (Rosenberger).- 6.1 Überblick.- 6.2 Erzielung von Besetzungsinversion.- 6.3 Der Helium-Neon-Laser.- 6.4 Laserübergänge in neutralen Gasen und Dämpfen (außer He-Ne).- 6.5 Ionenlaser.- 6.6 Laserübergänge in Molekülen.- 6.7 Gaslaser mit speziellen Anregungsmechanismen.- 6.8 Praktische Ausführungsformen von Gaslasern.- 6.9 Stabilisierung der Frequenz von Gaslasern.- Tabelle: Laserübergänge in Atomen, Ionen und Molekülen.- Literatur.- 7 Der Halbleiterlaser (Winstel).- 7.1 Einleitung und historischer Überblick.- 7.2 Grundlagen.- 7.3 Physik des Injektionslasers.- 7.4 Spezielle Eigenschaften von Injektionslasern.- Tabelle: Kenndaten verschiedener für Laser interessanter Halbleitermaterialien.- Literatur.- 8 Modulationsverfahren (Müller).- 8.1 Einleitung.- 8.2 Externe Modulationsverfahren.- 8.3 Interne Modulation.- 8.4 Auskoppelmodulation.- 8.5 Demodulation.- Literatur.- 9 Rauschen und Kohärenz im optischen Spektralbereich (Grau).- 9.1Grundlagen des Quantenrauschens.- 9.2 Rauschen von Quantenverstärkern. Informationstheorie.- 9.3 Kohärenzeigenschaften optischer Felder.- 9.4 Das Rauschen von Laseroszillatoren.- 9.5 Messungen an optischen Feldern.- Literatur.- 10 Anwendungen.- 10.1 Nachrichtenübertragung (Müller).- 10.2 Übertragungsleitungen für Lichtstrahlen (Grau).- 10.3 Ortung (Müller).- 10.4 Optische Datenverarbeitung (Müller).- 10.5 Holographie (Grau).- 10.6 Kurzzeitphotographie (Gürs).- 10.7 Nichtlineare Optik (Grau).- 10.8 Plasmaerzeugung und -diagnostik (Gürs).- 10.9 Materialbearbeitung (Gürs).- 10.10 Medizinische und biologische Anwendungen (Müller).- 10.11 Präzisionsmessung geometrischer und mechanischer Größen (Gürs).