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Lexikon der Optik: Laserlicht

Laserlicht, die von einem Laser ausgesandte Strahlung. Dank der Besonderheiten der induzierten Emission, die hier wirksam ist, und des Vorhandenseins eines optischen Resonators ist L. richtungsmäßig scharf gebündelt und setzt sich frequenzmäßig aus einzelnen, in gleichen Abständen dicht beieinander liegenden, scharfen Linien zusammen, die durch die Resonanzeigenschaften des Resonators bestimmt sind. Einmodenlaser emittieren Strahlung extrem kleiner Linienbreite (der theoretisch unter idealen experimentellen Bedingungen zu erwartende Wert der Linienbreite liegt noch unter 1 Hz), die Veränderung der Resonatorlänge (und damit der Resonanzfrequenz) durch äußere Störeinflüsse hat jedoch unkontrollierbare zeitliche Schwankungen der (Mitten-)Frequenz in einem weit größeren Frequenzbereich zur Folge. Mechanische und akustische Störungen verursachen dabei Kurzzeitschwankungen der Frequenz, die sich in unter 1 s liegenden Zeiten abspielen. Bei einem He-Ne-Laser z.B. wurde eine Frequenzänderung von 100 kHz/s gemessen. Andererseits bewirken Temperaturänderungen eine langzeitige Frequenzdrift, die im Bereich von Minuten oder Stunden zu deutlich größeren Frequenzverschiebungen führt. Mit den verschiedenen Methoden der Frequenzstabilisierung von Lasern gelingt es jedoch, die Laserfrequenz sehr genau konstant zu halten. Verwendet man unter dem Brewster-Winkel aufgestellte Spiegel zum Aufbau des Resonators, so ist das L. linear polarisiert.

Weiterhin ist es über den gesamten Strahlquerschnitt kohärent, was eine ausgezeichnete Fokussierbarkeit gewährleistet. Falls der Laser in einer einzigen Eigenschwingung oszilliert, wird die Kohärenzzeit und damit auch die Kohärenzlänge des L. sehr groß im Vergleich zum thermischen Licht. Die Kohärenzlänge kann bei guter Frequenzstabilisierung Hunderte bis Tausende von Kilometern betragen. Im Falle einer TEM00-Mode bildet das L. innerhalb eines optischen Resonators ein Gaußsches Bündel, das sich durch die Resonatorspiegel hindurch in den Außenraum fortsetzt. Der Laserstrahl divergiert daher mit dem halben Divergenzwinkel ψ=λ/(πw0), wobei λ die Wellenlänge und w0 den Radius der Strahltaille bezeichnen. Die genannte Divergenz ist auf Beugung zurückzuführen und stellt daher die kleinste Strahlaufweitung dar, die aufgrund der Wellennatur des Lichtes überhaupt möglich ist.

L. zeichnet sich im Vergleich zu thermischem Licht durch eine außerordentlich hohe spektrale Leistungsdichte aus. Mit dem Laser wurden daher auch (bezüglich der Lichtintensität) nichtlineare Prozesse dem Experiment zugänglich, und es bildete sich die nichtlineare Optik als eine neue optische Disziplin heraus. Weiterhin unterscheidet sich die Strahlung eines Einmodenlasers von thermischem Licht grundlegend dadurch, daß nur ganz geringe Intensitätsfluktuationen auftreten. Die Ursache dafür ist ein Sättigungseffekt im Laserprozeß, der darin besteht, daß die Besetzungsinversion im Lasermedium mit zunehmender Intensität der Laserstrahlung abnimmt. Schließlich gelang mit der Entwicklung der Pikosekundenlaser die Erzeugung extrem kurzer Lichtimpulse, wodurch die Ultrakurzzeitspektroskopie ins Leben gerufen wurde.

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