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Funktionsweise des Stickstofflasers

Die Funktionsweise lässt sich in wenigen Sätzen erläutern.

Durch eine elektrische Entladung zwischen den zwei Elektroden werden Stickstoffmoleküle angeregt. Gehen einige der Moleküle in den Grundzustand über, wird jeweils ein Photon ausgesandt, diese treffen auf andere – noch angeregte – Stickstoffmoleküle, welche daraufhin auch in den Grundzustand übergehen, dabei wird jeweils ein weiteres Photon ausgesandt. Es kommt so zu einer lawinenartigen Vermehrung der Photonen, diese besitzen – aufgrund ihrer Entstehungsgeschichte – alle die gleichen Eigenschaften, das entstehende Licht ist also  monochromatisch und kohärent.  

Nach dieser prinzipiellen Erklärung soll die Funktionsweise nochmals ausführlich beleuchtet werden:

Zunächst werden die beiden Kondensatoren geladen, d.h. die beiden Elektroden – welche ja jeweils Teil der oberen Kondensatorplatten darstellen - sind auf dem gleichen Potential, durch eine Entladung an der Funkenstrecke wird jedoch die linke Elektrode schlagartig entladen.
Es besteht nun also eine große Potentialdifferenz zwischen den Elektroden, auch hier kommt es zu einer elektrischen Entladung zwischen den beiden Elektroden, beginnend an der Stelle, an denen sie sich am nächsten sind.

Die zwischen den Elektroden überspringenden Elektronen stoßen mit den Stickstoffmolekülen zusammen, dadurch werden diese energetisch angeregt.
Die angeregten Stickstoffmoleküle können auf zwei Arten die aufgenommene Energie wieder abgeben, einerseits durch Stöße mit anderen Molekülen, andererseits durch Abgabe elektromagnetischer Strahlung, oder anders ausgedrückt: Sie senden Photonen aus.
 

Trifft ein solches Photon auf ein noch angeregtes Stickstoffmolekül so findet eine stimulierte Emission statt, d.h. das Photon stimuliert das Molekül, ein weiteres Photon auszusenden.
Befinden sich sehr viele Atome in einem angeregten Zustand, so wächst die Zahl der Photonen durch diese Verstärkung lawinenartig an. 

Das Licht wird vor allem parallel zu den Elektroden ausgesandt, da ein Photon, das sich parallel zu den Elektroden bewegt eine deutlich höhere Wahrscheinlichkeit hat, auf ein angeregtes Stickstoffmolekül zu treffen, weil ja hier die Entladung stattfindet.

Liegen die Elektroden nicht exakt parallel zueinander, so beginnt die Gasentladung und damit die Lasertätigkeit theoretisch dort, wo die Elektroden enger zusammen liegen und wandert dann die Elektroden entlang.

In der Praxis  kann man aber auch einfach einen Spiegel auf einer Seite aufstellen, so dass das Laserlicht wieder zurück in die gewünschte Richtung reflektiert wird.

Während bei einem Laser im eigentlichen Wortsinn die Photonen nach der Reflexion am Spiegel nochmals durch induzierte Emission verstärkt werden ist dies bei „Stickstofflasern“ nicht der Falls, daher spricht man bei unserem Aufbau fachlich korrekt von einem Superstrahler.

Warum  jedoch findet auf dem Rückweg keine Verstärkung statt?

 

Weiter zur Erklärung.