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Genauere Betrachtung der Vorgänge im Stickstoffmolekül

Um zu erklären, warum die Photonen auf dem Rückweg nicht mehr auf angeregte Stickstoffmoleküle treffen, müssen die Vorgänge im Stickstoffmolekül genauer betrachtet werden.

Ein Stickstoffmolekül kann in verschiedenen Energiezuständen vorliegen, im Schema beispielhaft durch die drei Potentialkurven dargestellt.

 

 

Durch Aufnahme von Energie gehen die Stickstoffmoleküle von einem niedrigeren in einen höheren Energiezustand über, bzw. durch Abgabe von Energie von einem höheren in einen niedrigeren Zustand.  

Die Auf- bzw. Abnahme von Energie kann durch verschiedene Prozesse verursacht werden, zum Beispiel Stöße mit anderen Teilchen, wie Elektronen, aber auch anderen Molekülen oder Absorption bzw. Emission von Photonen. 

Beim Stickstoffmolekül bewirken z.B. Stöße mit Elektronen den Übergang vom Grundzustand in den zweiten angeregten Zustand.

Dieser Zustand ist kurzlebig – oder mit anderen Worten nicht stabil – die Energie wird bevorzugt durch Emission eines Photons abgegeben, das Stickstoffmolekül geht dabei in den ersten angeregten Zustand über.

Der erste angeregte Zustand ist relativ stabil, d.h. es dauert lange, bis das Stickstoffmolekül in den Grundzustand relaxiert.

Dies ist genau der Grund, warum die Photonen auf ihrem Rückweg vom Spiegel nicht mehr auf angeregte Stickstoffmoleküle treffen: Diese benötigen nach der Emission eines Photons relativ lange (länger als das Photon zum Spiegel und zurück braucht), um wieder in den zweiten angeregten Zustand zu gelangen, da der Umweg über den Grundzustand nötig ist.

Der Stickstofflaser ist also ein gepulster Laser, d.h. Lasertätigkeit bricht nach kurzer Zeit (Nanosekundenbereich) wieder ab (self termination). Die Lebensdauer der Energiezustände ist druckabhängig, die Änderung des Drucks wirkt sich auch noch anderweitig aus.

Der Superstrahler arbeitet bei erniedrigtem Druck, siehe Abschnitt "vom TEA zum TE-Laser".

 

Weiter zum Abschnitt "vom TEA zum TE-Laser".