Wie funktioniert ein Resonator in einem Laser?

Funktionsweise eines Resonators in einem Laser

Ein Resonator , oft auch als optischer Hohlraum bezeichnet, spielt beim Betrieb eines Lasers eine entscheidende Rolle. Er besteht aus zwei oder mehr Spiegeln, die so angeordnet sind, dass sie eine geschlossene Schleife oder einen Hohlraum bilden. Die Hauptfunktion des Resonators besteht darin, das Licht durch Mehrfachreflexionen zwischen diesen Spiegeln zu verstärken, was zur Erzeugung eines kohärenten und monochromatischen Laserstrahls führt.

Wichtige Komponenten und Funktionen

• Verstärkungsmedium: Das Verstärkungsmedium befindet sich im Resonator und ist das Material, das das Licht verstärkt. Wenn dem Verstärkungsmedium Energie zugeführt wird (ein Vorgang, der als Pumpen bezeichnet wird), sendet es Photonen aus.
• Spiegel: Der Resonator enthält normalerweise zwei Spiegel an beiden Enden des Verstärkungsmediums. Ein Spiegel ist hochreflektierend, während der andere teilweise reflektierend ist, sodass ein Teil des Lichts als Laserstrahl entweichen kann.

Betriebsablauf

1. Pumpen: Der Prozess beginnt mit dem Pumpen des Verstärkungsmediums, was durch verschiedene Methoden wie elektrische Entladung, Blitzlampen oder einen anderen Laser erreicht werden kann.

2. Photonenemission: Die angeregten Atome im Verstärkungsmedium geben Photonen frei und leiten dadurch den Prozess der stimulierten Emission ein.

3. Verstärkung: Die Photonen wandern zwischen den Spiegeln hin und her und interagieren dabei mit anderen angeregten Atomen im Verstärkungsmedium. Diese Interaktion verstärkt das Licht, wobei bei jedem Durchgang die Intensität der emittierten Photonen zunimmt.

4. Bildung des Laserstrahls: Da das Licht verstärkt wird, tritt ein Teil davon durch den teilweise reflektierenden Spiegel aus. Dieses emittierte Licht bildet einen hochkohärenten und monochromatischen Laserstrahl.

Bedeutung des Resonatordesigns

Das Design des Resonators ist entscheidend für die Eigenschaften des Laserstrahls, wie etwa Wellenlänge, Kohärenzlänge und Modenstruktur. Länge und Form des Resonators sowie die Art der verwendeten Spiegel beeinflussen diese Eigenschaften. Daher sind eine präzise Konstruktion und Ausrichtung der Resonatorkomponenten für den effizienten Betrieb eines Lasers unerlässlich.