https://wiki-de.moshellshocker.dns64.de/index.php?action=history&feed=atom&title=Helium-Neon-LaserHelium-Neon-Laser - Versionsgeschichte2026-06-04T16:03:36ZVersionsgeschichte dieser Seite in Wikipedia (Deutsch) – Lokale KopieMediaWiki 1.43.8https://wiki-de.moshellshocker.dns64.de/index.php?title=Helium-Neon-Laser&diff=107711&oldid=prev2003:C3:6746:2B00:EA1A:6F37:1A7:890E: /* Kohärenz */2024-02-18T13:12:16Z<p><span class="autocomment">Kohärenz</span></p>
<p><b>Neue Seite</b></p><div>[[Datei:Henelaser.jpg|mini|He-Neon Laser in Betrieb, Strom 6,5&nbsp;mA]]<br />
<br />
Der '''Helium-Neon-[[Laser]]''' ist ein [[Gaslaser]], der meist rotes Licht aussendet. Er wurde 1960 von dem iranischen Physiker [[Ali Javan]] zusammen mit [[William R. Bennett]] und [[Donald R. Herriott]] entwickelt.<ref>[http://www.azer.com/aiweb/categories/magazine/42_folder/42_articles/42_javan.html Biographie von Ali Javan] (englisch)</ref> Er war der erste Laser, der Licht im [[CW-Laser|kontinuierlichen Betrieb]] erzeugt<ref>{{Literatur |Autor=A. Javan, W. R. Bennett, D. R. Herriott |Titel=Population Inversion and Continuous Optical Maser Oscillation in a Gas Discharge Containing a He-Ne Mixture |Sammelwerk=Physical Review Letters |Band=6 |Nummer=3 |Datum=1961-02 |Seiten=106–110 |DOI=10.1103/PhysRevLett.6.106}}</ref>. Der sieben Monate vorher realisierte erste Laser von [[Theodore Maiman|Maiman]], ein [[Rubinlaser]], erzeugte dagegen [[Pulslaser|gepulstes Laserlicht]].<br />
<br />
== Aufbau und Funktionsweise ==<br />
<br />
[[Datei:henelaserschema.svg|mini|Schematische Darstellung des Helium-Neon-Lasers]]<br />
[[Datei:He-Ne-Laser.jpg|mini|Helium-Neon-Laser]]<br />
[[Datei:Hene spektrum.jpg|mini|Spektrum der Gasentladung hinter einem [[Optisches Gitter|optischen Gitter]]]]<br />
[[Datei:He-Ne-Laser-Energieschema.svg|mini|Energieschema des Helium-Neon-Lasers.]]<br />
<br />
Er besteht im Wesentlichen aus einem dünnen Glasröhrchen (auch [[Kapillare|Kapillarrohr]], Durchmesser ca. 1&nbsp;mm, Länge einige dm), in welchem sich ein [[Helium]]-[[Neon]]-[[Gasgemisch]] befindet.<br />
<br />
Das Gasgemisch steht unter einem [[Druck (Physik)|Druck]] von ca. 100&nbsp;[[Pascal (Einheit)|Pa]], mit einem Verhältnis der [[Partialdruck|Partialdrücke]] von Helium/Neon von ca. 10/1 (für 1152&nbsp;nm) bzw. 5/1 (für 633&nbsp;nm). An den Enden befinden sich meist noch sog. [[Brewsterfenster]] oder oftmals auch direkt die Resonatorspiegel. Bei den optionalen Brewsterfenstern handelt es sich um [[planparallel]]e Platten, die Licht mit einer bestimmten [[Polarisation]]srichtung ohne Verluste durch [[Reflexion (Physik)|Reflexion]] hindurchlassen, d.&nbsp;h., es gibt nur einen durchgelassenen, keinen reflektierten Strahl dieser Polarisationsrichtung. Licht mit dazu senkrechter Polarisation wird teilweise reflektiert. Da ein Laser stets den Betriebszustand der geringsten Verluste auswählt, wird die „falsche“ Polarisation unterdrückt. Ein He-Ne-Laser mit Brewsterfenstern emittiert also prinzipiell linear polarisiertes Licht, bei Ausführung mit direkt an der Entladungsröhre kontaktierten Resonatorspiegeln ist die Polarisation willkürlich. Im Falle des Aufbaus mit Brewsterfenstern befindet sich dieser zwischen zwei außerhalb der Röhre angeordneten Spiegeln, die den [[Optischer Resonator|Resonator]] bilden (siehe schematische Darstellung, im zweiten Bild die untere Glasröhre).<br />
<br />
Die Spannungsversorgung der Gasentladung muss folgende Anforderungen erfüllen:<br />
*Bereitstellung der Zündspannung zu Beginn (10–15&nbsp;kV)<br />
*Strombegrenzung des nach der Zündung fließenden Entladungsstromes<br />
Die Entladungsspannung nach der Zündung beträgt typisch 1–2&nbsp;kV, der Strom 1–30&nbsp;mA.<br />
<br />
He-Ne-Laserrohre besitzen eine vorgeschriebene Polarität der Betriebsspannung: die Kathode besteht meist aus einem großflächigen, außenliegenden Metallzylinder, während sich die kleine Anode zwischen Kapillare und Strahlaustritt befindet<ref>{{Webarchiv|url=http://www.linos.com/pages/mediabase/original/hne-laser_2492.pdf |wayback=20081206033750 |text=Archivierte Kopie |archiv-bot=2019-04-16 21:09:21 InternetArchiveBot }} Querschnitt durch eine Laserröhre</ref>.<br />
<br />
Bei einem Helium-Neon-Laser wird das Helium für das [[Optisches Pumpen|Pumpen]] benötigt, das Neon ist das [[Lasermedium]]. In dem Glasröhrchen befinden sich außerdem noch zwei [[Elektrode]]n, zwischen denen eine [[Gasentladung]] stattfindet. Diese Gasentladung bringt nun die Heliumatome in einen vergleichsweise langlebigen (ca. 10<sup>−3</sup>&nbsp;s) [[Angeregter Zustand|angeregten Zustand]]. Die Heliumatome übertragen nun durch [[Stoß zweiter Art|Stöße zweiter Art]] ihre [[Energie]] auf die Neonatome und erzeugen dort eine [[Besetzungsinversion]] zwischen energetisch hohen Zuständen und niedrigen Zuständen. Auf Übergängen zwischen den energetischen Zuständen des Neons wird nun der Laserbetrieb, wie in folgendem Schema dargestellt, möglich.<br />
<br />
Die Zustände <math>2^1\text{s}</math> und <math>2^3\text{s}</math> des Heliums sind [[Angeregter Zustand|metastabil]]. Die Emission von Photonen im Neon-Atom erfolgt durch [[stimulierte Emission]]; die Rückkehr vom unteren Laserniveau in den Grundzustand durch spontane Emission und Rekombinationen an der Kapillarwand.<br />
Aufgrund letzterer Tatsache ist es nicht sinnvoll, den Durchmesser des Glasröhrchens größer als 1,5&nbsp;mm zu wählen.<br />
<br />
Der Helium-Neon-Laser emittiert standardmäßig Licht der [[Wellenlänge]]n 632,816&nbsp;nm (das rote Laserlicht, realisiert im Jahr 1963), 1152,3&nbsp;nm (infrarot, realisiert im Jahr 1960) und 3392,2&nbsp;nm (infrarot). Durch Spin-Bahn-Kopplung sind die Laserniveaus aufgespalten. Die Ausgangsleistung eines roten Helium-Neon-Lasers liegt im Bereich von einigen Milliwatt, in seltenen Fällen bis zu etwa 100&nbsp;mW.<br />
<br />
== Mögliche Laserwellenlängen des He-Ne-Lasers ==<br />
In der nachstehenden (nicht vollständigen) Tabelle sind typische Emissionslinien des He-Ne-Lasers, basierend auf der Angabe des Energieübergangs aufgeführt. Bei der Wellenlänge handelt es sich um die Wellenlänge in Luft (nicht im Vakuum). Die Beschreibung des Energieübergangs im Ne-Atom wurde in der sog. [[Friedrich Paschen (Physiker)|Paschen]]-Notation durchgeführt. Sie ist eine Alternative zur [[Giulio Racah|Racah]]-Notation, die ebenfalls in der Literatur Verwendung findet<ref>{{Webarchiv | url=http://technology.niagarac.on.ca/lasers/Chapter3.html | wayback=20120618234059 | text=Fundamentals of Light Sources and Lasers – Chapter 3 Notes}} Darstellung der Paschen Notation (engl.)</ref>.<br />
<br />
{| class="wikitable" style="text-align:center"<br />
! Wellenlänge<br />(nm)<br />
! colspan="4"| Energieübergang im Ne-Atom<br />
! Farb-<br />eindruck<br />
|-<br />
| 3392,2{{0|00}}<br />
| rowspan="13" |<br />
| 3s<sub>2</sub> - 3p<sub>4</sub><br />
|<br />
| rowspan="2" |<br />
| rowspan="13" | (infrarot)<br />
|-<br />
| 1523,1{{0|00}}<br />
| rowspan="21" |<br />
| 2s<sub>2</sub> - 2p<sub>1</sub><br />
|-<br />
| 1198,8{{0|00}}<br />
|<br />
| 2s<sub>3</sub> - 2p<sub>2</sub><br />
|-<br />
| 1177,0{{0|00}}<br />
| 2s<sub>2</sub> - 2p<sub>2</sub><br />
|<br />
|-<br />
| 1161,7{{0|00}}<br />
|<br />
| 2s<sub>3</sub> - 2p<sub>5</sub><br />
|-<br />
| 1160,5{{0|00}}<br />
| 2s<sub>2</sub> - 2p<sub>3</sub><br />
| rowspan="4" |<br />
|-<br />
| 1152,3{{0|00}}<br />
| 2s<sub>2</sub> - 2p<sub>4</sub><br />
|-<br />
| 1141,2{{0|00}}<br />
| 2s<sub>2</sub> - 2p<sub>5</sub><br />
|-<br />
| 1084,7{{0|00}}<br />
| 2s<sub>2</sub> - 2p<sub>6</sub><br />
|-<br />
| 1080,1{{0|00}}<br />
|<br />
| 2s<sub>3</sub> - 2p<sub>7</sub><br />
|-<br />
| 1062,3{{0|00}}<br />
| 2s<sub>2</sub> - 2p<sub>7</sub><br />
| rowspan="12" |<br />
|-<br />
| 1029,8{{0|00}}<br />
| 2s<sub>2</sub> - 2p<sub>8</sub><br />
|-<br />
| {{0}}886,5{{0|00}}<br />
| {{0|<sub>1</sub>}}2s<sub>2</sub> - 2p<sub>10</sub><br />
|-<br />
| {{0}}730,5{{0|00}}<br />
| 3s<sub>2</sub> - 2p<sub>1</sub><br />
| rowspan="9" |<br />
| rowspan="7" | rot<br />
|-<br />
| {{0}}640,1{{0|00}}<br />
| 3s<sub>2</sub> - 2p<sub>2</sub><br />
|-<br />
| {{0}}635,2{{0|00}}<br />
| 3s<sub>2</sub> - 2p<sub>3</sub><br />
|-<br />
| {{0}}632,816<br />
| 3s<sub>2</sub> - 2p<sub>4</sub><br />
|-<br />
| {{0}}629,4{{0|00}}<br />
| 3s<sub>2</sub> - 2p<sub>5</sub><br />
|-<br />
| {{0}}611,802<br />
| 3s<sub>2</sub> - 2p<sub>6</sub><br />
|-<br />
| {{0}}604,613<br />
| 3s<sub>2</sub> - 2p<sub>7</sub><br />
|-<br />
| {{0}}593,932<br />
| 3s<sub>2</sub> - 2p<sub>8</sub><br />
| orange<br />
|-<br />
| {{0}}543,365<br />
| {{0|<sub>1</sub>}}3s<sub>2</sub> - 2p<sub>10</sub><br />
| grün<br />
|}<br />
<br />
== Kohärenz ==<br />
Ein weiteres markantes Merkmal von Helium-Neon-Lasern ist ihre große [[Kohärenzlänge]]. Schon bei einfachen Modellen (''[[Multimodenlaser]]'') liegt sie im Bereich der Resonatorlänge, also meist zwischen 20&nbsp;cm und 30&nbsp;cm. Der Grund ist die äußerst schmale [[Verstärkungsbandbreite]] des Neon-Laserübergangs von etwa 1,5&nbsp;GHz, sodass nur wenige longitudinale Moden anschwingen können<ref>{{Webarchiv|url=http://www.linos.com/pages/mediabase/original/hne-laser_2492.pdf |wayback=20081206033750 |text=Archivierte Kopie |archiv-bot=2019-04-16 21:09:21 InternetArchiveBot }} Resonatormoden</ref>. Thermisch stabilisierte frequenzselektive Resonatoren kommerziell verfügbarer He-Ne-Laser ermöglichen eine Stabilität von wenigen Megahertz und eine entsprechende Kohärenzlänge von mehr als 100&nbsp;m. Darüber hinaus gibt es frequenzstabilisierte Helium-Neon-Laser, deren Kohärenzlänge mehrere Kilometer betragen kann.<br />
<br />
== Anwendungen ==<br />
Der vergleichsweise niedrige Preis sowie die hohe Lebensdauer machen den Helium-Neon-Laser für viele Anwendungsfelder interessant. Früher fand man ihn beispielsweise in den [[Barcodelesegerät|Barcodescannern]] von Registrierkassen oder [[Laserdrucker]]n, mittlerweile ist er dort fast vollständig vom [[Diodenlaser]] verdrängt worden. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist Verwendung beim [[Diabelichter#Ausblick|Laserbelichter]].<br />
<br />
Bei besonderen Anforderungen an Strahlqualität und [[Kohärenz (Physik)|Kohärenz]], zum Beispiel in [[Interferometer]]n oder bei der Kalibrierung von [[Spektrometer]]n, spielt er immer noch eine große Rolle. Auch eignen sich Helium-Neon-Laser gut für die [[Holografie]], auch wenn man dort in der Massenproduktion ebenfalls auf leistungsfähigere und kurzwelligere Laser ([[Argon-Ionen-Laser]], [[Helium-Cadmium-Laser]]) umgestiegen ist.<br />
<br />
== Quellen ==<br />
<references /><br />
<br />
== Weblinks ==<br />
* Stefanie Wiedigen: ''[http://lp.uni-goettingen.de/get/text/1804 LP - Der Helium-Neon-Laser]'' (inkl. Skizzen, Fotos und Literaturhinweisen) u.&nbsp;a. auch Vermessung der Divergenz<br />
* Michael Hartwig: ''[http://theory.gsi.de/~vanhees/faq-pdf/laser.pdf Wie funktioniert ein Laser? Der He-Ne Laser]'', u.&nbsp;a. mit Beschreibung des Energieniveau-Schemas (PDF-Datei; 202 kB)<br />
<br />
[[Kategorie:Laserstrahlquelle]]<br />
[[Kategorie:Helium]]<br />
[[Kategorie:Neon]]</div>2003:C3:6746:2B00:EA1A:6F37:1A7:890E