Für einen Laser benötigt man vom Prinzip her drei Elemente: einen Resonator, ein Lasermedium und eine Pumpquelle. Im Resonator befinden sich Atome/Moleküle (Lasermedium in Form von Gas, Flüssigkeit oder Festkörper), welche mithilfe einer Pumpquelle (z. B. einer Blitzlampe oder Gasentladungsröhre) angeregt werden. Die angeregten Atome kehren gelegentlich in den Grundzustand zurück und emittieren dabei ein Photon, welches für den Übergang von den Energieniveaus $$\Delta E_{2 \to 1} = E_2 – E_1$$ charakteristisch ist: $$ \Delta E_{2 \to 1} = h \cdot f $$.
Trifft das emittierte Photon auf ein anderes, angeregtes Atom, wird es absorbiert und nach kurzer Dauer werden zwei Photonen emittiert, die in Energie, Phase und Richtung einander gleich sind. Dies nennt man stimulierte Emission. Da in Atomen nun mehrere Übergänge möglich sind, nützt man einen Resonator, um die gewünschten Photonen zu selektieren.
Im Falle des Nd:YAG-Lasers (Lasermedium ist ein mit Neodym dotierter Yttriu-Aluminium-Granat-Kristall) wird Laserlicht im Bereich des infraroten Spektrums bei $$\lambda = 1064~nm$$ erzeugt. Wie lässt sich daraus sichtbares Licht erzeugen? Schließlich gibt es Laserpointer mit grünem ($$\lambda = 532~nm$$) bzw. blauen ($$\lambda = 266~nm$$) Licht betreiben! Die Antwort: Frequenzmischung! Mit dem Funktionsprinzip der Frequenzmischung habe ich mich vor einigen Jahren im Rahmen eines Vortrags zum Wahlpflichtfach “Nichtlineare Optik” beschäftigt.
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