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Der Lasereffekt

Das Wort Laser ist das Akronym für Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung).

Der Grund für diesen Namen liegt darin, dass wenn sich einige Elektronen auf einem höheren Energieniveau als dem Minimum befinden, eine elektromagnetische Welle mit der richtigen Frequenz den Zerfall der Elektronen auf ein niedrigeres Niveau stimulieren kann. Das Erstaunliche an dieser Situation ist, dass die emittierte elektromagnetische Welle die gleiche Frequenz, Phase und Richtung wie die einfallende stimulierende Welle besitzt.
 

Das bedeutet, dass das einfallende Licht stark verstärkt wird, weil

• die gleiche Richtung des emittierten Lichts zu einer sehr geringen Ausbreitung des Lichtstrahls führt (Kollimation)
• die gleiche Phase bedeutet, dass es keine Interferenz zwischen den Photonen gibt (Kohärenz)

Um eine leistungsstarke stimulierte Emission zu erreichen, müssen wir eine große Anzahl von Elektronen auf dasselbe Energieniveau bringen und sie gleichzeitig gemeinsam auf das niedrigere Niveau zurückfallen lassen.

Das Problem in dieser Situation ist, dass wenn wir einige Elektronen durch stimulierte Energieabsorption auf ein höheres Energieniveau bringen, die Atome mit der gleichen Rate emittieren, wie das Pumpen erfolgt. Wir müssen die Elektronen in einem Niveau „einsperren“, das nicht mit der gleichen Rate wie das Pumpen zerfällt.