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Lernmaterialien für Laserphysik an der Universität Tübingen

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TESTE DEIN WISSEN

Lyot-Filter

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TESTE DEIN WISSEN

Ist ein Frequenzfilter

Polarisator -> linear polarisiertes Licht

Verzögerungsplatte -> im allg. elliptisches Licht, für verschiedene Frequenzen verschiedene Polarisationen

Polarisator -> volle Transmission nur für bestimmte Frequenzen, da zuvor im allg. elliptisch polarisiert

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TESTE DEIN WISSEN

Mach-Zehnder-Interferometer

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TESTE DEIN WISSEN

Wellenleiter verzweigt sich in zwei, die sich wieder zu einem vereinen.

An jedem Ast E-Feld mit umgekehrter Polarität -> Phase in entgegengesetzte Richtungen verschoben -> konstruktiv zu destruktiv

kleiner Abstand der Elektroden, wenige Volt Halbwellenspannung ->sehr schnelle Schalter -> Pulse

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TESTE DEIN WISSEN
Wann wird die laserschwelle überschritten? 
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TESTE DEIN WISSEN
Kleinsignalverstärkung kompensiert Verluste 
g_0 propto Pump Leistung 
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TESTE DEIN WISSEN

lambda/2 

lambda/4

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TESTE DEIN WISSEN

ordentlich gegenüber außerordentlich um pi bzw. pi/2 verschoben.

lambda halbe : Spiegelung an der optischen Achse

lambda viertel : aus linear zirkular und umgekehrt


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TESTE DEIN WISSEN

EOM

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TESTE DEIN WISSEN

Nichtlinearer Kristall wird durch elektrisches Feld doppelbrechend

Brechungsindex des Kristalls ist abhängig von angelegter Spannung - Delta n propto E. Zeit des Lasers im Kristall wird verlängert/verkürzt. Zeit im Kristall propto Phase -> Phasenmodulation


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TESTE DEIN WISSEN
Helium neon laser erklären 
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TESTE DEIN WISSEN
Helium neon Gemisch 10:1
Hochspannung an Elektroden - > gasentladung - > Helium durch Stöße in n=2 beide Zustände metastabil 
Energie 5s neon ungefähr gleich wie singulett Helium - > durch Stöße Helium angeregt neon angeregt in 2p^5 + 5s 
Dann verschiedene laser Übergänge 
Stöße mit der Wand neon in grundzustand 
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TESTE DEIN WISSEN
Verschiedene lasertypen
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TESTE DEIN WISSEN
Gaslaser 
HeNe CO2
Festkörperlaser
NdYag TiSa
Laserdioden diodenlaser 
Cateye laser 
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TESTE DEIN WISSEN

Bändermodell qualitativ

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TESTE DEIN WISSEN

Kristalliner Festkörper besteht aus einem periodischen Gitter aus Ionenrümpfen, um die herum Valenzelektronen verteilt sind. Im mittleren Feld der anderen Valenzelektronen kann sich ein einzelnes e frei bewegen. Spürt periodisches elektrostatisches Potential des Ionengitters. U propto cos x

freies e U = 0:
ebene Wellen lösen SGL Energien, hbar^2 k^2 /(2m)

1. Brillouin Zone n = 0,1,2 am Rand Energie entartet

schwaches Potential hebt Aufspaltung auf Abstand 2U_0

Starkes Pot U_0 >> E_kin flache Bänder -> Gitter sehr Tief -> harmonischer Oszi

Realer Festkörper

e in Coulombpot um Ionenrümpfe -> nicht mehr äquidistantes Spektrum, eher Wasserstoff

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TESTE DEIN WISSEN

Leiter Nichtleiter Halbleiter

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TESTE DEIN WISSEN

Leiter Leitungsband teilweise gefüllt

Nichtleiter unterstes Band vollständig gefüllt + Bandlücke einige eV

Halbleiter wie Nichtleiter aber Bandlücke weniger als 1eV -> thermische Anregung bei Raumtemperatur reicht aus

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TESTE DEIN WISSEN

Akzeptor Donator

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TESTE DEIN WISSEN

Fremdatome

Akzeptor ein e weniger

Donator ein e mehr

-> auch Leiter ohne thermische Anregung


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TESTE DEIN WISSEN

P-N-Übergang

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TESTE DEIN WISSEN

Elektronen driften vom n-Material ins p-Material und füllen dort die Löcher.

-> n-Halbleiter positiv, p negativ

Valenzband p wird in um elektrostatische Energie nach oben geschoben, bis au niveau der e im n Leitungsband -> Sperrschicht

Fortführung: Heterostrukturen, modifizierte Potentiale -> Potentialtopf

Sperrrichtung: negative Spannung an p

Durchlassrichtung: positive Spannung an p -> rekombinationsstrom -> Photonen

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TESTE DEIN WISSEN

Akustooptischer Deflektor

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TESTE DEIN WISSEN

Piezo Ultraschallgeber -> Stehwelle -> Dichtemodulation -> Brechungsindexmodulation -> Beugungsgitter -> verschiedene Beugungsordnungen mit selber Frequenz

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Q:

Lyot-Filter

A:

Ist ein Frequenzfilter

Polarisator -> linear polarisiertes Licht

Verzögerungsplatte -> im allg. elliptisches Licht, für verschiedene Frequenzen verschiedene Polarisationen

Polarisator -> volle Transmission nur für bestimmte Frequenzen, da zuvor im allg. elliptisch polarisiert

Q:

Mach-Zehnder-Interferometer

A:

Wellenleiter verzweigt sich in zwei, die sich wieder zu einem vereinen.

An jedem Ast E-Feld mit umgekehrter Polarität -> Phase in entgegengesetzte Richtungen verschoben -> konstruktiv zu destruktiv

kleiner Abstand der Elektroden, wenige Volt Halbwellenspannung ->sehr schnelle Schalter -> Pulse

Q:
Wann wird die laserschwelle überschritten? 
A:
Kleinsignalverstärkung kompensiert Verluste 
g_0 propto Pump Leistung 
Q:

lambda/2 

lambda/4

A:

ordentlich gegenüber außerordentlich um pi bzw. pi/2 verschoben.

lambda halbe : Spiegelung an der optischen Achse

lambda viertel : aus linear zirkular und umgekehrt


Q:

EOM

A:

Nichtlinearer Kristall wird durch elektrisches Feld doppelbrechend

Brechungsindex des Kristalls ist abhängig von angelegter Spannung - Delta n propto E. Zeit des Lasers im Kristall wird verlängert/verkürzt. Zeit im Kristall propto Phase -> Phasenmodulation


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Q:
Helium neon laser erklären 
A:
Helium neon Gemisch 10:1
Hochspannung an Elektroden - > gasentladung - > Helium durch Stöße in n=2 beide Zustände metastabil 
Energie 5s neon ungefähr gleich wie singulett Helium - > durch Stöße Helium angeregt neon angeregt in 2p^5 + 5s 
Dann verschiedene laser Übergänge 
Stöße mit der Wand neon in grundzustand 
Q:
Verschiedene lasertypen
A:
Gaslaser 
HeNe CO2
Festkörperlaser
NdYag TiSa
Laserdioden diodenlaser 
Cateye laser 
Q:

Bändermodell qualitativ

A:

Kristalliner Festkörper besteht aus einem periodischen Gitter aus Ionenrümpfen, um die herum Valenzelektronen verteilt sind. Im mittleren Feld der anderen Valenzelektronen kann sich ein einzelnes e frei bewegen. Spürt periodisches elektrostatisches Potential des Ionengitters. U propto cos x

freies e U = 0:
ebene Wellen lösen SGL Energien, hbar^2 k^2 /(2m)

1. Brillouin Zone n = 0,1,2 am Rand Energie entartet

schwaches Potential hebt Aufspaltung auf Abstand 2U_0

Starkes Pot U_0 >> E_kin flache Bänder -> Gitter sehr Tief -> harmonischer Oszi

Realer Festkörper

e in Coulombpot um Ionenrümpfe -> nicht mehr äquidistantes Spektrum, eher Wasserstoff

Q:

Leiter Nichtleiter Halbleiter

A:

Leiter Leitungsband teilweise gefüllt

Nichtleiter unterstes Band vollständig gefüllt + Bandlücke einige eV

Halbleiter wie Nichtleiter aber Bandlücke weniger als 1eV -> thermische Anregung bei Raumtemperatur reicht aus

Q:

Akzeptor Donator

A:

Fremdatome

Akzeptor ein e weniger

Donator ein e mehr

-> auch Leiter ohne thermische Anregung


Q:

P-N-Übergang

A:

Elektronen driften vom n-Material ins p-Material und füllen dort die Löcher.

-> n-Halbleiter positiv, p negativ

Valenzband p wird in um elektrostatische Energie nach oben geschoben, bis au niveau der e im n Leitungsband -> Sperrschicht

Fortführung: Heterostrukturen, modifizierte Potentiale -> Potentialtopf

Sperrrichtung: negative Spannung an p

Durchlassrichtung: positive Spannung an p -> rekombinationsstrom -> Photonen

Q:

Akustooptischer Deflektor

A:

Piezo Ultraschallgeber -> Stehwelle -> Dichtemodulation -> Brechungsindexmodulation -> Beugungsgitter -> verschiedene Beugungsordnungen mit selber Frequenz

Laserphysik

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