Fragen bzgl. Lasern - Bitte um Beantwortung! :)

Physikalische Grundlagen, Information und Fragen zu Lasern.

Moderator: ekkard

Antworten
Darya
Beiträge: 4
Registriert: Sa 02 Mai, 2015 6:37 pm
Do you already have Laser-Equipment?: nein
Wohnort: √Ėsterreich

Fragen bzgl. Lasern - Bitte um Beantwortung! :)

Beitrag von Darya » Sa 02 Mai, 2015 6:48 pm

Hallo liebe LaserFreaks,

ich habe ein paar Fragen bez√ľglich Lasern. Dieses Thema hat mein Professor in der Vorlesung behandelt und ist oftmals ziemlich schnell und ohne viel zu erkl√§ren durch die Folien gegangen. Daher blieben viele offene Fragen bei mir zur√ľck.. und ich w√§re wirklich sehr, sehr froh, wenn sich jemand die Zeit nehmen w√ľrde, um mir diese Fragen zu beantworten.

1.) Wie wird ein gain Spektrum ermittelt? (In den Folien steht irgendwas von Transmissionsspektroskopie, aber ich kann mir nicht wirklich was darunter vorstellen.)

2.) Wozu braucht man TE- und TM-Moden? Was ist genau der Unterschied? Wann werden welche Moden bevorzugt? Was sind sie √ľberhaupt genau?

3.) K√∂nnt ihr mir etwas √ľber Lasereffekte in Fl√ľssigkristallen ("mirrorless lasing") erz√§hlen?

4.) Was sind die Probleme beim Lasern mit elektrischem Pumpen? Warum muss zwischen der stimulierten Emission und
der photoinduzierten Absorption (photoinduced absorption),
der Absorption des angeregten Zustandes (excited state absorption),
der verbleibenden Absporption (residual absorption)
eine spektrale Trennung sein, warum d√ľrfen sich also die Spektren nicht √ľberlappen?

5.) Warum kommt es zu enormen Verlusten, wenn sich der organische Halbleiter direkt auf einem Metall befindet? (Bei DFB-Strukturen auf Silber steigt der Threshold um den Faktor 150.) Hingegen, warum hilft es, wenn man den Wellenleiter mit einem Mantel umgibt, der einen niedrigen Brechungsindex als der Wellenleiter hat? (Haben Metalle nicht sowieso auch einen sehr niedrigen Brechungsindex?)

Ich danke euch vielmals f√ľr eure Hilfe! :)

Liebe Gr√ľ√üe,
Darya

mikesupi
Beiträge: 889
Registriert: Do 15 Mär, 2007 3:58 pm
Do you already have Laser-Equipment?: Ar-Ion, Ar/Kr-Ion, DPSS, Diode. All what Tarm has ever supplied.
Wohnort: Frankfurt/Main

Re: Fragen bzgl. Lasern - Bitte um Beantwortung! :)

Beitrag von mikesupi » Sa 02 Mai, 2015 6:51 pm

Hm,

wie wäre es denn erst mal mit einer Vorstellung?


...

Darya
Beiträge: 4
Registriert: Sa 02 Mai, 2015 6:37 pm
Do you already have Laser-Equipment?: nein
Wohnort: √Ėsterreich

Re: Fragen bzgl. Lasern - Bitte um Beantwortung! :)

Beitrag von Darya » Sa 02 Mai, 2015 6:58 pm

Da hast du nat√ľrlich Recht. Das tut mir Leid, ich hatte einfach im Internet nach einer Forumseite √ľber Laser gesucht, mich hier angemeldet und dann sofort drauflos getippt.
Also, ich hei√üe Darya, bin 21 Jahre alt und Studentin. Wissen √ľber Laser hab ich soweit keines.. nur ein paar Grundlagen eben aus dieser Vorlesung. Deswegen bin ich ja hier in diesem Forum gelandet :)

Benutzeravatar
Dr. Burne
Beiträge: 2385
Registriert: Di 07 Aug, 2001 12:00 pm
Do you already have Laser-Equipment?: Pangolin Pro und Intro inkl. Beyond
Jede Menge alte Lasertechnik die groß und schwer ist
Baue grad pure Diode Main Projektor aus und 2 LW DS900
Molectron Powermeter mit PM1 und 10 Sonde
Wohnort: Halle(Saale)
Kontaktdaten:

Re: Fragen bzgl. Lasern - Bitte um Beantwortung! :)

Beitrag von Dr. Burne » So 03 Mai, 2015 2:19 am

Hi,

zu 1. fällt mir spontan nur ein, dass ein gain Spektrum aussagt, bei welcher Wellenlänge der Laser wie viel Strahlung abgeben kann.
Typischerweise ist das bei normalen Halbleiterlasern eine Zentralwelenlänge mit einer relativ großen Spektralbreite.
Anders sieht es bei Multiline Lasern aus, wie z.B. Argon, Krypton, HeNe oder Metalldampflaser,
hier gibt es mehrere Wellenlängen, wo die Verstärkung ausreicht um mit passenden Output Spiegelbeschichtung sogar mehr wie eine Wellenlänge gleichzeitig emittieren zu lassen
und die Verstärkung spiegelt sich dann deutlioch nieder, da idR die Wellenlängen mit der größten Verstärkung proportional am stärksten lasern,
es kann aber auch dazu kommen, dass sobald eine Wellenlänge anfängt zu lasern von einer anderen Wellenlänge entweder aus dem oberen Energieniveau angeregte Atome entladen werden,
so dass die andere Wellenlänge zusammenbricht oder zumindest stark geschwächt wird
bzw. das untere Energieniveau zu schnell aufgef√ľllt wird und somit eine andere Wellenl√§nge gar nicht erst anschwingen kann, da sie niemals eine positives Verh√§ltnis zwischen oberen und Unterem Energieniveau errreicht.

Also ein Gain Spektrum bezieht sich in diesem Fall nur auf den Laseroutputt, man kann es z.B. ermitteln indem man Multiline Optiken verwendet, jedoch ein Prisma im Strahlengang dazwischen hat, so dass nur eine Wellenlänge anschwingen kann,
somit eliminiert man auch die gegenseitige Beeinflussung von Laserlinien.
Man kann nat√ľrlich auch das ganze mithilfe der Laserniveaus berechnen.


Anders sieht es bei sogenannten optisch gepumpten Lasern aus. Ich denke mal dar√ľber hat er das Referat gehalten, wenn ich mir die anderen Fragen ansehe, eventuell sogar √ľber Faserlaser.
Hier wird immer zwischen der Pumpabsorption und der Laser Emission unterschieden.
Lange Rede hier die Antwort zu 1.: Die Absorbtion kann man mit einer in der Wellenlänge kontinuierlich veränderbaren Lichtquelle messen,
indem man einfach schaut wie viel Licht je nach Wellenlänge durch das Lasermedium durch geht, wenn man Reflektionsverluste ect. mit kalkuliert, bekannt als Transmissionsspektroskopie.

zu 2.
TEM Moden kannst du recht einfach im Strahl des Lasers sehen, bzw. in IR oder UV durch entsprechenden Messgeräte oder Kameras sichtbar machen.
Bild
TEM ist die kombination von TE und TM Moden, also elektrische und magnetische Felder kombiniert ergeben dann das Strahlprofil
Meistens ist TEM00 erw√ľnscht, wobei TE und TM Moden genau um 90¬į phasenverschoben und auch im Profil identisch sind
Andere TEM Moden kommen zustande wenn das nicht der Fall ist, die dunklen Bereiche sind dann Auslöschungen der Felder, während die hellen Bereiche normal sind.


zu. 3. m√ľsste ich selber googeln da wird es sicher gute Fachartikel zu geben

zu. 4. generell
Es muss immer ein positives Verh√§ltnis der Verst√§rkung gegeben sein, damit √ľberhaupt ein Laser entsteht, daf√ľr steht das A in LASER
Nun ist es sehr ungl√ľcklich, wenn das Absorptionsspektrum genau √ľber dem Emissionsspektrum liegen w√ľrde, da so jedes stimulierte Photon direkt wieder geschluckt w√ľrde und auch erst gar keine unterschiedlichen Laserenergieniveaus enstehen k√∂nnten,
andererseits wenn sie sehr nah aneinanderliegen w√ľrde die Pumpstrahlung auch daf√ľr sorgen, dass die stimulierte Emission nicht stattfinden kann, weil die inkoherente Pumpstrahlung keine stimulierte Emission zulassen w√ľrde.

Andererseits wenn du koherentes Licht bei genau der gleichen Wellenl√§nge wie das Emissionsspektrum des Lasermediums zum pumpen werwendsen w√ľrdest, w√ľrde dein Pumplicht ja schon der Laser sein den du am Ende haben willst, theoretisch kannst du dein Lasermedium mit einem Laser mit gleichem Medium pumpen es macht nur absolut null Sinn.


Stimulierte Emission kann alles m√∂gliche sein, von elektrischen Strom, √ľber Mikrowellen, Ultraschall(idR nur zum Wellenl√§ngen in der Frequenz zu schieben) bis hin zu Gammastrahlung aus einem Teilchenbeschleuniger oder gar Atombomben wie im Star Wars Programm der USA mal geplant war

Photonen induzierte Absorption bezieht sich nur auf Licht aus Etladungalampen oder anderen Lasern

Absorption des angeregten Zustandes ist nur der Bereich, wo das Laserniveau das man braucht gepumpt wird,
bei Entladungslampen wird nur ein sehr kleiner bereich des Spektrums letztendlich zum Pumpen des Lasers effektiv verwendet

verbleibende Absorption m√ľsste der Rest sein, der zum Gro√üteil letztendlich nur in W√§rme umgewandelt wird

spektrale Trennung ist zwingend notwendig, damit ein optisch gepumpter Laser √ľberhaupt funktionieren kann,
z.B. ein Nd:YAG hat sein Absorptionsmaximum des angeregten Zustandes bei 800-820nm und die stärkste Emissionswellenlänge bei 1064nm,
somit ist gew√§hrleistet, dass der Kristall nicht gleich wieder die stimulierten Photonen absorbiert, es m√ľssen immer mehr Atome im oberen als im unteren sein, dadurch wird das Photon verst√§rkt anstatt Absorbiert zu werden,
weitere Infos findest du dar√ľber unter 2, 3 oder 4 Niveau Laser mit Google.

5. zum zweiten Teil
Metalle haben gar keinen Brechungsindex!
Nur Stoffe durch die Licht transmittiert wird haben einen Brechungsindex, in der normalen Welt begegnen uns nur positive Brechungsindizes.
Es gibt auch im Labor Medien die einen negativen Brechungsindex haben.
Generall ist es bei Faserlasern oder Glasfasern der Fall, dass man entweder 2. Stoffe mit unterschiedlichen Brechungsindizes so angeordnet werden, dass es zur Totalreflektion in der Faser kommt,
daher hat man fast keine Refeltionsverluste.
Moderne Fasern haben aber keinen harten √úbergang, sondern einen weichen, dadurch wird der Strahl gebeugt was zu geringeren Verlusten f√ľhrt.
Wenn man den Wellenleiter mit Metall umgibt hat man immer bei jeder Reflektion nur 80-96% Wirkungsgrad je nach Metall Silber ist bei sichtbaren Licht noch das Metall mit dem besten Wirkungsgrad,
schon bei geringen Distanzen f√ľhren die vielen Reflektionen die in der Faser notwendig sind zu massiven Verlusten, wenn man bedenkt das hier oft mit 20-30mm Brennweite gearbeitet wird.
Bild So sind Chinakisten halt!

Wellenlängensammlung 405 445 457,9 465,8 472,7 476,5 488 496,5 501,7 514,5 520 528,7 532 543,4 632,8 640 658 780

Darya
Beiträge: 4
Registriert: Sa 02 Mai, 2015 6:37 pm
Do you already have Laser-Equipment?: nein
Wohnort: √Ėsterreich

Re: Fragen bzgl. Lasern - Bitte um Beantwortung! :)

Beitrag von Darya » Mo 04 Mai, 2015 2:36 pm

Vielen lieben Dank f√ľr diese detaillierte und informative Beantwortung meiner Fragen, Dr Burne! Das hat mir wirklich enorm weitergeholfen. Liebe Gr√ľ√üe (:

Offenbarungsjoe
Beiträge: 22
Registriert: Di 16 Dez, 2014 9:09 am
Do you already have Laser-Equipment?: Nein
Wohnort: Seligenstadt (Nähe Frankfurt)

Re: Fragen bzgl. Lasern - Bitte um Beantwortung! :)

Beitrag von Offenbarungsjoe » Di 05 Mai, 2015 1:38 pm

Erg√§nzend zu 2): eine Mode ist die r√§umliche Energieverteilung einer stehenden Welle. Die Bezeichnung der Moden mit TE, TM und TEM sagt dir, wie die magnetischen und elektrischen Felder der Strahlung in Bezug zur Ausbreitungsrichtung schwingen. Das T steht dabei f√ľr transversal (auf einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung), E und M f√ľr die beiden Feldarten. In einer TE-Mode schwingt also nur das magnetische Feld in Ausbreitungsrichtung (longitudinal statt transversal), bei der TM-Mode ist es umgekehrt, bei den TEM-Moden schwingen keine Felder in Ausbreitungsrichtung. Damit kann eine TEM-Mode auch nicht als Kombination von TE und TM entstehen. Welche Art von Mode (TE/TM/TEM/) sich ausbildet h√§ngt vom Typ des Resonators ab (Hohlleiter/Koaxialkabel/etc.), die Ordnung der Mode (die Zahlen im Index) h√§ngt von der Resonatorgeometrie ab.

Zu 3) kann ich dir sagen, da√ü die Fl√ľssigkristalle, die daf√ľr genutzt werden, eine Art Material sind, das man "photonischen Kristall" nennt. Der Begriff ist in dem Zusammenhang etwas irref√ľhrend, das Material muss nicht aus einem Kristall bestehen, es zeigt lediglich optische Eigenschaften, die dem Effekt von Kristallen auf R√∂ntgenstrahlen gleichen. Unter bestimmten Voraussetzungen zeigen diese Materialien eine hohe Reflektivit√§t f√ľr Wellenl√§ngen, die innerhalb der "photonischen Bandl√ľcke" liegen. Dieses Verhalten kann dann einen Resonator erzeugen, mit dem ein Laserbetrieb m√∂glich ist. F√ľr weitergehende Infos m√ľsstest du eine pr√§zisere Frage stellen, oder dich mittels Google √ľber die in Anf√ľhrungszeichen geschriebenen Begriffe selbst einlesen.

Zu 5):
Als Erstes eine Richtigstellung, Metalle (und auch alle anderen Materialien, die nicht durchsichtig sind) haben nat√ľrlich einen Brechungsindex. Dieser ist nicht nur f√ľr die Transmission, sondern auch f√ľr Absorption und Reflektion entscheidend. Die Farbe in der ein Metall erscheint wird zum Beispiel dadurch bestimmt, da√ü gewisse Wellenl√§ngen nicht reflektiert werden ("Plasmafrequenz" oder "Plasmakante" als weiterf√ľhrendes Stichwort).
Zu der/den eigentlichen Fragen kann ich nicht mit Sicherheit eine Antwort geben. Ich glaube die beiden Punkte stehen nicht wirklich in einem direkten Zusammenhang, es wäre praktisch, wenn du hier nochmal etwas mehr Hintergrund geben könntest.
Der erste Punkt k√∂nnte mit einem grunds√§tzlichen Problem bei organischen Halbleitern im Kontakt mit Metallen bestehen: die B√§nder sind energetische sehr weit auseinander, damit wird der Ladungsfluss an dieser Grenzschicht gehemmt. Man probiert deshalb mit einer Zwischenschicht f√ľr einen weicheren √úbergang zu sorgen.
Der zweite Punkt wiederrum klingt nach dem Prinzip eines auf Totalreflexion basierenden Lichtleiters. Wenn man ein optisch d√ľnneres Material (niedrigerer Brechungsindex) als Mantel benutzt, kommt es aufgrund der Totalreflexion zu einem sehr hohen Wirkungsgrad des Lichttransports. Dies hat allerdings meines Erachtens nichts mehr mit dem Silber zu tun und betrifft auch einen anderen Bereich des Halbleiterlasers.

Darya
Beiträge: 4
Registriert: Sa 02 Mai, 2015 6:37 pm
Do you already have Laser-Equipment?: nein
Wohnort: √Ėsterreich

Re: Fragen bzgl. Lasern - Bitte um Beantwortung! :)

Beitrag von Darya » Mi 13 Mai, 2015 1:15 pm

Vielen lieben Dank f√ľr deine Hilfe, Offenbarungsjoe! :)
Das ist total nett von euch, wie sehr ihr euch bem√ľht!!
Vielen, vielen Dank.

Antworten

Zur√ľck zu ‚ÄěLaserphysik‚Äú

Wer ist online?

Mitglieder in diesem Forum: 0 Mitglieder und 2 Gäste