Festkoerperlaser (solid state lasers)

Zusammenfassung

Das aktive Medium der konventionellen Festkörperlaser besteht aus Kristallen oder Gläsern mit Abmessungen von einigen cm, welche mit optisch aktiven Ionen dotiert sind. Es handelt sich dabei meist um Ionen der Uebergangsmetalle wie z.B. Cr³⁺ oder der seltenen Erden wie z.B. Nd³⁺ oder Ho³⁺. Die Laserübergänge finden zwischen Energieniveaux der innern ungefüllten Elektronenschalen statt. Diese werden vom Kristallfeld des Wirtskristalls nicht stark beeinflusst. Die Uebergänge sind daher ziemlich scharf und strahlungslose Zerfallsprozesse haben keine grosse Bedeutung. Diese Eigenschaften wirken sich positiv auf die Kleinsignal Verstärkung γ (vgl. Gl. (3–15)) und demzufolge auf die Pumpschwelle aus. Die Dotierung mit Fremdionen beträgt oft weniger als 1 Gewichtsprozent. Trotzdem ist aber die Dichte der laseraktiven Ionen von der Grössenordnung von 10¹⁹ cm⁻³, d.h. wesentlich höher als beispielsweise die Dichte in einem Gaslaser, wo sie 10¹⁵–10¹⁷ cm⁻³ beträgt. Trotz des relativ kleinen Wirkungsgrades von typisch 0,1 % lassen sich daher mit Festkörperlasern hohe Leistungen erzielen. Die Anregung geschieht durch optisches Pumpen mit Blitzlampen oder in neuerer Zeit auch mit Diodenlasern. Die wichtigsten Vertreter der Festkörperlaser sind der Rubin- und der Neodymlaser, die in den folgenden Kapiteln 15.1 und 15.2 besprochen werden.