1 Wechselwirkung zwischen Photonen und Elektronen h x p Die Unschärferelation (Heisenberg): cp h p hc E p h c h h E h t E h x c E h x p 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Wellenpaket e
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1 Wechselwirkung zwischen Photonen und Elektronen Die Unschärferelation (Heisenberg): Wellenpakete.
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Wechselwirkung zwischen Photonen und Elektronen
hxp Die Unschärferelation (Heisenberg):
cph
phcE
p
h
chhE
htEhxc
Ehxp
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
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Wellenpakete
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Spontane und stimulierte Emission des Lichtes
Spontane Emission
Breite Winkelverteilung der emittierten Photonen
Das Frequenzspektrum ist breit
Die Photonen sind nicht kohärent (Phasenverschiebung)
Stimulierte Emission – verlangt wird:
Enge Winkelverteilung der emittierten Photonen
Schmales Frequenzspektrum (eine gut definierte Frequenz)
Gute Kohärenz der Photonen (keine Phasenverschiebung)
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Laser – light amplification by stimulated emission of radiation
1. Ein Elektron geht auf eine niedrigere Energieebene über.
2. Das erste emittierte Photon (h21) reizt ein zweites Elektron an, die Energie auch zu senken.
3. Weil es sich um gekoppelte Prozesse handelt, haben die Photonen die gleiche Phase (sind kohärent).
4. Die Photonen haben immer noch eine breite Winkelverteilung.
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Prinzip von LaserEinschränkung des Winkelbereiches
Verbesserung der Kohärenz (der Emissionszeit)3-Stufen-Laser und 4-Stufen-Laser
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Helium-Neon-Laser Polarisation des Lichtes beim
Brewster Winkel
Zusätzliche Monochromatisierung
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Halbleiter Laser
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Halbleiter LaserDirekte und indirekte Bandübergänge
Direkt: der Energieverlust der Elektronen ist nur in die Energie der emittierten Photonen umgewandelt
Indirekt: der Energieverlust ist mit Änderung des Impulses (oder des k-Vektors) verbunden Emission eines Phonons (Wärme).
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Halbleiter LaserWellenlänge des emittierten Lichtes in Halbleitern mit direktem Bandübergang
Absorption des Lichtes im GlasMinimum bei 1.3 m und 1.55 m
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Halbleiter LaserWellenlänge des emittierten Lichtes in Halbleitern mit direktem Bandübergang