und wieder was zum laser

MiLa85 · Gast

ich weiß nicht, ob ich gerade vollkommen auf dem schlauch stehe, aber wieso wird beim He-Ne-Laser mit He gepumpt? Damit meine ich, wieso existiert überhaupt ein Pumpgas?
Warum funktioniert folgende direktere Variante nicht:
Anregung des Ne durch Elektronenstoß aus Gasentladung und Anhebung des Ne auf eines der beiden metastabilen Niveaus.

Außerdem: warum funktioniert ein Laser nicht mit einem 2-Niveau system?
Man könnte doch die Atome im Grundzustand durch elektronenstoß anregen auf ein metastabiles Niveau. Dort bleiben sie dann bis paar spontan emittieren und deren Photonen dann weitere angeregte Atome zur induzierten Emission veranlassen...

Ist mir wirklich wichtig!!!!

Danke!!

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18108

gISMO · Anmeldungsdatum: 21.09.2011 Beiträge: 26

Hallo MiLa,

ein Zwei-Niveau System funktioniert bei einem Laser nicht da keine Besetzunginversion erfolgen kann, welche für den Laserbetrieb notwendig ist.

Dein Satz ergibt für mich leider keinen Sinn.

MiLa85 · Gast

@ TomS

also ich hatte mir das so vorgestellt: He wird durch Stoß erster Art angeregt (pumpen) und fällt dann aus dem Energienband zurück auf 2 metastabile Niveaus. He besitzt also noch einen Teil der Anregungsenergie. Diese gibt es durch einen Stoß 2.Art an das Ne-Atom ab. Das Ne-Atom befand sich vorher im Grundzustand (IST DAS RICHTIG?) und wird durch die vom He erhaltene Anregungsenergie auf eines der metastabilen Niveaus angehoben.
Ist letzteres falsch?

Nach deiner Äußerung verstehe ich es so: wenn das obere Niveau in welches das Ne-Atom gelangen soll, metastabil ist, ist auch keine direkte Anregung in dieses Niveau möglich.

Aber wie genau gelangen dann die Ne-Atome in das metastabile Niveau?

Verstehe ich das richtig, dass es nur für ein Atom möglich ist in ein metastabiles Niveau zu "fallen", aber nicht in ein metastabiles Niveau "angeregt" zu werden?

Dann stellt sich mir aber die Frage, auf welchem Niveau die Ne-Atome saßen (dachte, sie seien im Grundzustand) um herutner zu fallen. Außerdem bräuchten sie ja dann keine Anregungsenergie mehr...

Ist mir irgendwie doch alles gar nciht mehr so klar, wie ich dachte... hilfe!!...grübel....

MiLa85 · Gast

@ gISMO

Also ich meinte mit dem Satz: Zitat:"Anregung des Ne durch Elektronenstoß aus Gasentladung und Anhebung des Ne auf eines der beiden metastabilen Niveaus." folgendes:

Gasentladung setzt Elektronen frei. Diese stoßen an das Ne.
Ne wird dadurch auf das metastabile Niveau angeregt. (Vermutlich geht das nicht? Aber warum? Kann man nicht direkt in ein metastabiles Niveau anregen?)
Dann spontane Emission, dann induzierte Emission, wobei Ne wieder in den Grundzustand übergeht und erneut durch Elektronen angeregt werden kann.

Wie kommst du dabei auf perpetuum mobile? Aber nicht so wichtig...

Also irgendwie verstehe ich das Ganze immer noch nicht... habt bitte noch was Geduld mit mir Augenzwinkern

Zitat:
"Das Pumpgas hat nur was mit den Energieniveaus zu tun."
Meinst du damit, dass das Pumpgas da ist, weil weniger Energie benötigt wird, um die leichteren He-Atome anzuregen (die dann das Ne anregen), als wenn man die Ne Atome direkt anregen würde?

Zitat:"diese werden dadurch in das 5s und 4s Niveau gehoben, welche auch das obere Laserniveau sind. Die Besetzungsinversion bezieht sich auf 4p und 3p Zustände. "
Heißt das, dass die Ne-Atome in Niveaus angehoben werden, die noch über den Niveaus der Besetzungsinversion liegen? Und die Ne-Atome fallen dann in die metastabilen Niveaus, die die Besetzungsinversiion bilden, zurück? (wie würde das passieren? spontane Emission?)
D.h. die Anregung erfolgt nicht direkt in die metastabilen Niveaus?!

Dann würde ich verstehen, wieso es mindestens ein 3-Niveau-System sein muss: Grundzustand, dann metastabiles Energieniveau, dann Energieniveau, in das die Atome angeregt werden (also eigentlich wie beim Rubinlaser, ne?)

Allerddings käme ich dann beim Ne auf ein 6-Niveau-System:
(1) Grundzustand
(2) einer der beiden Zustände, inden Ne-Atome angehoben werden
(3) passender metastabiler Zustand dazu (oberes Laserniveau)
(4) anderer der beiden Zustände, inden Ne-Atome angehoben werden
(5) wiederum passender metastabiler Zustand dazu (oberes Laserniveau)
(6) Niveau, auf welches die Ne nach Emission der Laserstrahlung fallen (unteres Laserniveau)

Oder werden (2) und (3) sowie (4) und (5) als ein Zustand gezählt?

Fragen über Fragen.... Ich hoffe ich nerve euch nicht. Bin euch echt super dankbar für Antworten!!!!!!!!!!

MiLa85 · Gast

Hab meine Überlegungen noch mal zusammen gefasst. Ist folgende erklärung richtig?

Das He regt das Ne aus dem Grundzustand (1.Niveau) auf ein Energieniveau (2. Niveau) an, welches kurzlebig ist und oberhalb des metastabilen Energieniveaus 20,66eV (3.Niveau) sitzt
[bzw. auf ein Energieniveau (2‘. Niveau) an, welches kurzlebig ist und oberhalb des metastabilen Energieniveaus 19,87eV (3‘. Niveau) sitzt].
Dann fällt das He (durch spontane Emission???) auf das jeweilige metastabile Energieniveau (oberes Laserniveau) und geht von da unter Emission der Laserstrahlung auf das 18,7eV-Energieniveau (4.Niveau, unteres Laserniveau) zurück.
Der Grund, dass Ne nicht direkt in das metastabile Niveau angeregt werden kann ist die Tatsache der Metastabilität an sich: Eine Absorption in dieses Niveau ist verboten, sonst hieße / wäre es nicht metastabil. Auf Grund dessen muss die Absorption „trickreich“ umgangen werden, in dem es von „oben“ auf dieses metastabile Niveau herunterfällt.

Und die Anregung des Ne erfolgt über das He Weil die Anregung über die Heliumatome energetisch günstiger ist…?!

Wär lieb, wenn ich nochmal kurze Rückmeldung bekäme!

MiLa85 · Gast

Korrektur:

Zitat: "Dann fällt das He (durch spontane Emission???) auf das jeweilige metastabile Energieniveau (oberes Laserniveau) [...]"

Ich meinte natürlich das Ne, also "Dann fällt das Ne..."

MiLa85 · Gast

noch etwas:

stimmen folgende Bezeichnungen der Energieniveaus?
beim Ne:
Grundzustand (Niveau 1),
oberstes Niveau, kurzlebig (Niveau 4),
metastabiles Niveau für Laser-Übergang, unter oberstem Niveau mit 20,66eV (Niveau 3),
unteres Niveau für Laserübergang mit 18,7 eV (Niveau 2).

beim He:
Grundzustand (Niveau 1),
oberstes Niveau Energieband mit 25eV (Niveau 4),
metastabiles Niveau 20,61eV (Niveau 3)
und metastabiles Niveau 19,82eV (Niveau 2)

ODER ist folgendes richtig?:
Grundzustand (Niveau 1),
oberstes Niveau, kurzlebig (Niveau 4),
metastabiles Niveau 20,61eV (Niveau 3)
und wo liegt dann Niveau 2 des He? Weil He aus dem Niveau 3 ja direkt wieder in den Grundzustand übergeht, nachdem es mit Ne gestoßen ist.

DANKE!

gISMO · Anmeldungsdatum: 21.09.2011 Beiträge: 26

Hey MiLa,

MiLa85 · Gast

@gismo:

Also in vielen Abbildungen sehe ich doch 4 Niveaus?! grübelnd

Der HeNeLaser ist doch ein 4 Niveau Laser ....

Was meintes du denn mit deiner Bezeichnung "oberes Laserniveau"? Ich dachte du meintest das 4. Niveau, nämlich vermutlich das, aus dem die Atome auf das metastabile Niveau fallen, von welchem der Laserübergang ausgeht. Oder meintest du mit "oberem Laserniveau" eben genau dieses Niveau, von dem der Laserübergang ausgeht?

Mir ist noch was zu deinem ersten Post aufgefallen.. Du meintest doch wohl dass es sich um einen Verbotenen Übergang zwischen 5s und 4p sowie 4s und 3p handelt oder? Weil 5s und 4s ja gar nicht miteinander in Verbindung stehen, oder?

Also wenn ich nur die sichtbare rote Linie des HeNeLasers betrachte gibt es für mich folgende Energieniveaus:
Grundzustand (Niveau 1),
oberstes Niveau, kurzlebig (Niveau 4),
metastabiles Niveau für Laser-Übergang, unter oberstem Niveau mit 20,66eV (Niveau 3),
unteres Niveau für Laserübergang mit 18,7 eV (Niveau 2)

(wie schon mal erwähnt...)

Oder bezog sich deine Aussage, dass ich nur 3 Niveaus habe auf das Helium? Da kann ich nämlich nur 3 entdecken (Grundniveau, angeregter Zustand mit 25eV und metastabiles Niveau mit 20,61eV). Das metastabile Niveau mit 19,82eV darf ich ja im Grunde nicht berücksichtigen, weil es (über Zwischenschritte mit dem Ne) nur für die infrarote Laserlinie wichtig ist.

Danke für den Tipp mit dem pdf.. hatte ich aber auch schon gefunden.. hab so ziemlich das ganze Internet durchforstet smile

Mag es endlich richtig verstehen... grrr... Augenzwinkern

MiLa85 · Gast

@gismo:

hab mir noch mal zu deiner Aussage Gedanken gemacht, dass es nur 3 Niveaus wären....Meintest du, dass es nur 3 Niveuas beim Ne sind? Dann könnte ich mir noch folgendes vorstellen:

Im folgenden sind beiden Gasarten und somit die Energieniveaus als "eins" betrachtet:

Grundzustand von He und Ne (1.Niveau)
He wird ins Energieband angeregt. (4.Niveau)
He fällt zurück auf metastabiles He Niveau 20,61eV.(3.Niveau)
He gibt seine Energie an Ne ab, deshalb kann ich jetzt Ne weiter verfolgen:
Ne wurde durch Energieaufnahme ins 20,66eV Niveau gehoben
(ebenfalls 3.Niveau des Lasers, da es mit 3.He-Niveau fast übereinstimmt)
Ne fällt unter Emission der Laserstrahlung aufs 18,7eV Niveau (2.Niveau) und geht dann wieder in den Grundzustand über.

Weil der HeNeLaser als ganzes betrachtet ist doch schon ein 4-Niveau-System...

gISMO · Anmeldungsdatum: 21.09.2011 Beiträge: 26

hi mila,

erstmal sry das ich dir erst so spät antworte, wa das we nicht da.

Also das HeNe ist natürlich ein 4 Niveau System (kP wieso ich 3 schreibe)

Mit dem oberen Laserniveau meine ich das (im Neon) 5s und 4s oder anders die Niveaus bei 20,66 sowie 19,78 eV.

Lass uns mal fürs weitere erklären und folgende konversation nur die übergänge von

betrachten.

MiLa85 · Gast

Danke für deine Antwort!

Also soweit konnte ich folgen smile

Zitat: "ich bin der meinung das bei dem Helium im 3. Niveau bei 20,61 eV schluss ist. (soll bedeuten meiner Auffassung nach kein 4tes Niveau)"

o.k. weißt du das, oder vermutetst du das nur? aber ich denke auch, dass das stimmen kann, weil für die Laserfunktion an sich ja nur das Ne wichtig ist, wo es ja 4 Niveaus gibt!

Noch mal zum Verständnis: Wo ist denn dann das 2.Niveau beim He? Ist es das 19,82eV-Niveau? Dieses ist aber nur wichtig für die Anregung der Ne-Atome auf das 19,87eV-Niveau und da wir das ja nicht mehr betrachten, hast du das nicht mehr erwähnt?!?!?! (Liege ich da richtig?)

Habe bald eine ziemlich wichtige Prüfung, wo der Laser wahrscheinlich drankommen wird.. Von daher wollte ich dich nochmal fragen, wie sicher du dir bist, dass das 2.Niveau beim Ne das 16eV-Niveau ist?
(Finde nämlich in Büchern leider nie eine Skizze, wo die Niveaus eingetragen sind.)

Wenn das jetzt alles so stimmt, dann bleibt nur noch eine Frage offen:
(weiß jetzt schon gar nicht mehr, ob wir darüber was gesagt hatten, hab es ehrlich gesagt ein wenig aus den Augen verlohren)

Wieso bekommen ich eine Besetzungsinversion beim Ne nur durch Stöße 2.Art mit He hin, obwohl ich doch auch einige Ne-Atome durch direkten Elektronenstoß ins metastabile Niveau befördern könnte?
Sprich:
Wieso kann ich nicht genügend Ne-Atome (um eine Besetzungsinversion zu erreichen) durch direkten Elektronenstoß ins metastabile Niveau befördern, sondern brauche dafür die Stöße 2.Art?
Wo ist der Unterschied zwischen einem Stoß 1.Art (Stoß zwischen Elektron und Atom) und 2.Art (Stoß zwischen He und Ne), dass der eine soetwas bewirken kann und der andere nicht?

gISMO · Anmeldungsdatum: 21.09.2011 Beiträge: 26

Mila85 · Gast

Also erst mal vielen Dank, dass du dir die Mühe gemacht hast mit dem Bild!!!

Dazu noch eine Frage:
Das He stößt doch an das Ne, welches im Grundzustand ist und durch den Stoß angeregt wird. Wieso wird in allen Skizzen nur ein großer Pfeil von He zum Ne gemalt? Müsste nicht eigentlich ein Pfeil vom He zum Ne im Grundzustand zeigen und dann ein Pfeil vom Ne hinauf ins entsprechende Niveau?

Zitat:"Das He absorbiert langsam die Energie, die von der Entladungsröhre abgegeben wird. Soll bedeuten da finden keine Stöße statt."
Dazu:
Also im Buch (Höfling) steht: "Beim HeNeLaser werden die selbst nicht laserwirksamen Heliumatome durch Stöße erster Art asngeregt."

Zitat:"Du kannst Neon nicht durch Pumpen mit einer Entladungsröhre Anregen da es das Licht was diese Produziert nicht Absorbieren kann."
Dazu:
Buch (Höfling) steht: "Alle 3 Ne-Zustände können zwar auch durch direkten Elektronenstoß besetzt werden, aber die Besetzungsinversion lässt sich auf diese Weise nicht herbeiführen."

Und nu?

gISMO · Anmeldungsdatum: 21.09.2011 Beiträge: 26

MiLa85 · Gast

Beruhigt mich ja mit dem Diagramm smile

Zitat:"Bedeutet fúr mich nix anderes als, das man zwar Neon Atome damit anregen kann, aber man keine Besetzungseinversion bekommt. Was ja ergo bedeutet das du es für den Betrieb eines Lasers nicht benutzen kannst."

Das stimmt, aber mich würde dann mal interessieren, wieso genau ich damit keine Besetzungsinversion hinkriege...

Das Buch ist, wie gesagt, ein Schulbuch. Studiere auf Lehramt und von daher hab ich auch solche Bücher im Regal Augenzwinkern

Ist eines der etwas älteren Exemplare, die so in der Schule nicht wirklich mehr zum Einsatz kommen, weil sie viel zu umfangreich sind. Von daher erklären sie es eigentlich ganz gut...

ISBN: 3-427-41163-X

gISMO · Anmeldungsdatum: 21.09.2011 Beiträge: 26

da kann ich dir leider nicht mehr sehr hilfreich sein. bin kein Teilchenphysiker.
Studiere selbst nur Micro-/Opto-Systemtechnik.

Werd morgen was schauen was ich darüber finde.

MiLa85 · Gast

Danke