Besetzungsinversion
Okay, Dr. Lang. Ich habe über diesen Laserkram nachgedacht, und da gibt es ein Problem. Sie haben gesagt, wir fangen mit einem Photon an und lassen es auf ein angeregtes Atom los, und nun haben wir zwei Photonen, und das wiederholen wir so lange, bis wir jede Menge identischer Photonen haben, und das ist ein Laser.
Ja. Ganz genau.
ABER...um das Atom anzuregen, müssen wir es doch zuerst einmal mit einem Photon beschießen. Also braucht man zwei Photonen, um zwei Photonen rauszubekommen. Wie kann uns DAS jemals zusätzliche Photonen geben?
Du hast recht. Wenn wir wirklich für jedes Photon, das wir schließlich herausbekommen, mit einem Photon der richtigen Farbe anfangen müssen, dann haben wir keine Chance. Das ist der Stand der Dinge zu Einsteins Zeiten, und deshalb konnte man damals noch keine Laser bauen. Fällt dir irgendetwas ein, um das zu umgehen?
Nun, wenn wir einen Haufen Atome anregen könnten, ohne sie mit Photonen zu beschießen, dann würde schon ein einziges Photon eine Kettenreaktion auslösen.
Richtig. Normalerweise sitzen die Atome einfach in ihrem untersten Energiezustand, wie ein Haufen Kerle beim Fußballgucken im Fernsehen. Vielleicht steht ab und zu mal einer auf, um für Nachschub bei den Kartoffelchips zu sorgen, aber meistens sitzen sie einfach da. Was wir tun müssen, ist, möglichst vielen von ihnen gleichzeitig Beine zu machen.
Wie wenn der Schiedsrichter eine Entscheidung trifft, die aus Sicht der Typen offensichtlich falsch war....
Ganz genau. Wenn wir es schaffen, alle Atome in einen angeregten Zustand springen zu lassen, dann können wir einen Laser bauen. Wir nennen das eine Besetzungsinversion.
Aber Atome kümmern sich nicht um Schiedsrichter, also wie können wir das für sie tun?
Nun, das ist nicht so einfach, aber wir können es erreichen, indem wir in bestimmter Weise elektrische Energie in unsere Atome pumpen oder indem wir sie mit andersfarbigem Licht beleuchten. Beide Prozesse bringen die Atome in viel höhere Energiezustände, und unter speziellen Voraussetzungen springen sie dann runter und sammeln sich in dem gewünschten angeregten Niveau, anstatt ganz in den Grundzustand zurückzugehen. In dem Applet unten kümmert sich unsere"Energiepumpe" um alles.
Oh...wenn ein angeregtes Atom ein Photon aussendet, kann es mehr angeregte Atome treffen und einen kleinen Erdrutsch an Photonen auslösen. Aber wie kann DAS ein Laser sein, wenn die kleinen Bündel von Photonen in irgendeine Richtung abhauen können?
Du hast recht; eine Sache müssen wir noch hinzufügen. Hast du eine Ahnung, was das sein könnte?
