Experimente mit dem DPSS-Laser

Hier sehen Sie einige Beispiele, was man mit unserem DPSS-Laser so alles machen kann. Neben dem eigentlichen Aufbau, dem Finden der Laserschwelle und dem Beobachten des Einschwingvorgangs des Lasers, kann man einige Experimente realisieren:

• Beugungsexperimente
  Mit dem Laser können natürlich Beugungsexperimente wie die Beugung an einem Gitter durchgeführt werden. Das besonders interessante dabei: Es kann die Abhängigkeit des Beugungswinkels von der Wellenlänge gezeigt werden, da der Laser, wie erwähnt, zwei Laserstrahlen aussendet. Abb. 1 zeigt einmal das Beugungsbild mit dem grünen 532nm Strahl (oben), und einmal dieselbe Anordnung, bei der lediglich der grüne Strahl herausgefiltert wurde und die Beugung des infraroten 1064nm Strahls sichtbar wird (für das bloße Auge natürlich unsichtbar, aber die Kamera kann es wahrnehmen und stellt das IR-Licht in einem lila Farbton dar). Man sieht sehr deutlich, dass der Beugungswinkel des IR-Strahls in einer - verglichen mit dem grünen Strahl - doppelten "Auslenkung" der Reflexe auf dem Schirm resultiert.
  
  
  Abb. 1: Beugungsbild mit grünem (oben) und infrarotem (unten) Strahl - doppelte Wellenlänge, doppelte Auslenkung

• Datenübertragung mit Licht:
  Mit Hilfe des Controllers der Pumpdiode können analoge Signale (in unserem Fall: Musik aus dem mp3-Player) zunächst auf die Pumpdiode und damit schließlich auch auf das aus dem Kristall austretende Laserlicht aufmoduliert werden. Die Musik wird über die Laserstrahlen durch die Luft übertragen, mit einer Photodiode wird das Licht schließlich aufgefangen und über Lautsprecher die Musik hörbar gemacht. Damit kann die Musik über den grünen oder den infraroten Laserstrahl übertragen werden oder sogar über beide gleichzeitig. Diese Art der Intensitätsmodulation, die zur Datenübertragung genutzt wird, ist im Kapitel "Datenübertragung mit dem Laser" beschrieben, wo das Prinzip anhand der Übertragung mit Leuchtdioden erklärt ist. Es ist aber genauso mit dem Laser anwendbar. In technischen Anwendungen wird das als "Optischer Richtfunk" bezeichnet.

• Speckles:
  Sog. "Speckles" sind Interferenzphänomene, die beobachtet werden können, wenn hinreichend kohärentes Licht (hier also Laserlicht) auf eine Oberfläche trifft. Man beobachtet das als eine Art Flackern, ein sich bewegendes Muster im betrachteten Laserspot auf der Oberfläche. Vereinfacht kann man sich das so vorstellen, dass von verschiedenen Punkten der beleuchteten rauen Fläche Kugelwellen ausgesendet werden. Diese besitzen ganz unterschiedliche Phasen und interferieren bei hinreichender Kohärenz des Lichtes, nachdem sie von der Oberfläche zurückgeworfen wurden. Die Speckles (= "Flecken") sind also letzlich die beobachteten Interferenzmaxima und -minima. Aus der Specklegröße kann man Rückschlüsse auf die Beschaffenheit von Oberflächen ziehen, was technisch auch genutzt wird. Aus dem Kontrast der Speckles kann man Rückschlüsse auf die Kohärenz der Lichtquelle ziehen.
  Speckles gibt es aber nicht nur im optischen Bereich und auch nicht nur bei elektromagnetischen Wellen. Einen typischen Speckle-Effekt kann man im Alltag beispielsweise bei Ultraschalluntersuchungen beobachten: Das typische Rauschen in den Ultraschallbildern, das sich als veränderliche dunkle und helle Flecken, also Speckles, zeigt, stammt von Interferenzen der Schallwellen nach Reflexion an Gewebeschichten.
  Abb. 2 zeigt den grünen Laserspot auf zwei verschiedenen Oberflächen. Links auf einer eher rauen Plexiglasfläche, rechts auf einer glatteren. Bereits mit bloßem Auge ist erkennbar, dass die Speckles im rechten Bild, also auf der glatten Oberfläche größer sind. Vereinfacht kann man sich vorstellen, dass auf der rauen Oberfläche der Abstand von Erhöhungen und Vertiefungen viel kleiner ist als auf der glatten, sodass man mehr Ausgangspunkte von Kugelwellen unterschiedlicher Phase erhält. Daher hat man auch Interferenzmaxima und -minima in kleineren Abständen, also kleinere Speckles.
  
  
  Abb. 2: Laserspot mit Speckles. Links auf rauem Plexiglasschirm, rechts auf glattem: Auf der glatten Oberfläche entstehen größere Speckles.