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Laser - Referat
Laser werden heutzutage fast in jedem Bereich verwendet und die meisten wissen eigentlich gar nicht, wie wichtig Laser heutzutage sind.
Sie scannen an der Kasse im Supermarkt unsere Lebensmittel, sind in DVD Laufwerken, stellen Computerchips her, in Discos gibt’s Lasershows, es gibt sogar ein Musikinstrument mit Lasern, das heißt Laserharfe und da werden die Laserstrahlen mit der Hand unterbrochen und des erzeugt dann Töne.
Die Wortherkunft von Laser: ist eigentlich ziemlich interessant, da Laser eigentlich nur eine Abkürzung ist
Light
Amplification by
Stimulated
Emission of
Radiation
Dt: Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung. Also einfach die verstärkte Aussendung von Licht. Das müssts ihr noch nicht verstehen, das erklär ich euch später.
Wie funktioniert ein Laser? Um das zu verstehen erkläre ich euch zuerst mal wie normales Licht funktioniert, denn es funktioniert ziemlich ähnlich. Wir haben das zwar schon im Unterricht durchgemacht, aber zur Wiederholung:
Nehmen wir das Beispiel einer Glühbirne.
In jedem Atom haben die Elektronen ja bestimmte Bahnen zur Verfügung und dabei hat jede Bahn ein bestimmtes Energielevel. Die innerste hat am wenigsten Energie und die Energie nimmt nach außen hin zu. Wenn man einem Elektron von außen Energie zuführt, dann springt es auf eine Bahn, die genau eins weiter außen ist.
Bei der Glühbirne wird dem Glühfaden zuerst Energie zugeführt. Dadurch springen die Elektronen auf ein höheres Energielevel. Da ein Elektron aber nicht ewig in so einem angeregten Zustand bleiben kann, fallen sie bald wieder in ihren Grundzustand zurück und geben dabei Energie in Form von Elektromagnetischen Wellen ab und diese Lichtteilchen heißen Photonen.
Bei dieser Energieänderung (also wo die Elektronen vom höheren wieder in den Normalzustand gehen) sendet jedes Atom eine eigene Wellenlänge aus. Die einen sind eher länger, die anderen eher kürzer. Dadurch kommen alle möglichen Farben vor, weil die Lichtwellen ganz unterschiedliche Längen haben. Und diese ganzen Farben zusammengemischt ergeben bei uns dann weiß. Deswegen ist das Licht aus der Glühbirne für uns weiß.
Also das war jetzt mal die Erklärung wie normales Licht entsteht. Beim Laser ist es aber etwas anders.
Der Aufbau von einem Laser beruht auf einem eigentlich ziemlich einfachen Prinzip: Der Laser besteht aus einem Lasermedium, sozusagen aus einem Gefäß, und da drinnen ist entweder ein Gasgemisch oder halt einfach irgendwelche Atome/Moleküle, aus einer externen Energiequelle (durch die man dann Energie zuführen kann) und zwei Spiegeln, wobei dieser hier halb durchlässig ist. Man führt also diesem Gefäß Energie zu und da drinnen spiegelt sich dieses Licht dann ständig hin und her und wird immer stärker. bis ein Laser entsteht. Und da einer der beiden Spiegel teildurchlässig ist, kann hier der Laser austreten, wenn er stark genug ist.
Und jetzt sag ich euch noch was dabei wirklich in den Atomen passiert: Man nennt das Stimulierte Emission. Die Idee dafür hat übrigens Einstein aufgestellt, also wie immer hat auch er seine Finger im Spiel gehabt.
Man führt den Atomen wieder Energie zu (also zB mit Strom oder Licht). Im ersten Schritt nimmt das Atom das Photon (also das Lichtteilchen) auf und das Elektron springt auf eine höhere Schale. Jetzt trifft aber noch ein Photon auf dieses bereits angeregte Elektron. Und wenn es jetzt zurückfällt, dann wird nicht nur ein Photon abgegeben sondern gleich zwei.
Die haben jetzt beide genau die gleiche Richtung und auch genau die gleiche Wellenlänge. Diese zwei Photonen gehen jetzt zum nächsten Atom über und machen dort wieder das gleiche. Also sie suchen sich ein Elektron, das bereits auf einem höheren Energielevel ist und so weiter. Dadurch entsteht sozusagen eine Kettenreaktion, immer mehr Photonen dazu kommen. Wie eine Lawine werden immer mehr Photonen produziert.
Die zwei Spiegel reflektieren diese Photonen jetzt immer, sodass der Lichtstrahl immer mehr verstärkt wird, weil immer mehr Photonen hinzukommen. Der eine Spiegel ist teildurchlässig, das bedeutet, dass die einige Photonen dort heraus können.
Unterschied Laser / andere Lichtquellen
1) Wenn man einen Laser auf eine Wand richtet, dann sieht man da einen Lichtpunkt. Eine Glühbirne hingegen würde die gesamte Wand ausleuchten. Ein Laser hat parallel verlaufende Lichtstrahlen, Also die Wellen schwingen genau gleich und haben genau die gleiche Geschwindigkeit, während bei der Glühbirne die Lichtstrahlen ja in alle Richtungen gehen.
Das kennts ihr sicher, wenn sich Nebel oder Rauch im Raum befindet, dann sieht man beim Laser richtig einen geraden „Laserstrahl“ erkennen
2) Laser können wie erwähnt nur eine einzige Farbe ausstrahlen, anders als normales Licht oder auch die Sonne, weil die sendet ja alle Wellenlängen aus, sodass das Licht weiß erscheint. Also Laser sind immer entweder rot, grün blau, etc.
3) Laserstrahlen sind sehr energiereich, denn die ganze Energie ist ja auf einen kleinen Punkt fokussiert
Der erste Laser, der je wirklich gebaut wurde war ein Rubin Laser und das war schon 1960, also gibt’s dieses Prinzip eigentlich schon ziemlich lange. Beim Rubinlaser wurde als Lasermedium Rubin hergenommen, was ziemlich teuer war. Heute verwendet man eigentlich eher nur mehr Gasgemische als Lasermedium, weil das viel billiger ist.
Vor allem in der Medizin sind Laser ziemlich wichtig, man kann damit Turmore in der Haut aufspüren, aber auch ziemlich populär ist es bei Sehschwächen. Oder Beläge auf Zähnen entfernen. Es gibt sogar Laserskalpelle und das hat den Vorteil dass es weniger blutet, weil die Wunde gleich verödet wird.
Ziemlich große Bedeutung haben Laser auch in der Astronomie. Die Astronauten brachten auf dem Mond so Laserreflektoren an und auf der Erde werden Laserimpulse zum Mond gesendet. Dazu brauch man logischerweise voll den großen und starken Laser. Und so ein Laserstrahl von der Erde zum Mond braucht ca 1 Sekunde!! Der Reflektor auf dem Mond wirft dann den Laserstrahl wieder zurück auf die Erde. Das ist halt eine Möglichkeit wie man die Entfernung von Mond/Erde sehr präzise messen kann. Aus diesen Messungen wissen wir auch, dass sich der Mond jedes Jahr etwas von der Erde entfernt.
Aber auch hier auf der Erde werden Messungen mit Laser durchgeführt. Wenn man so Landstrecken abmessen will.
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