Laser

Grundsätzlich benötigt ein Laser vier Komponenten: das Lasermedium, in dessen Atomen eine Besetzungsinversion hervorgerufen werden kann, eine Pumpvorrichtung zur Erzeugung der Besetzungsinversion, einen Resonator, welcher die emittierten Laserquanten zwecks Verstärkung im Medium hält, sowie eine steuerbare Einheit, mit der sich die Laserstrahlung auskoppeln lässt. Der erste, 1960 von Theodore H. Maiman (* 11. 7. 1927) konstruierte Laser besaß einen Rubinkristall als Medium, dessen Kanten so verspiegelt waren, dass er gleichzeitig als Resonator diente. Heute unterscheidet man nach ihrem Lasermedium Gaslaser, Farbstofflaser, Festkörperlaser, Farbzentrenlaser, Excimerlaser, Halbleiterlaser und Freie-Elektronen-Laser. Farbstoff- und Farbzentrenlaser sind durchstimmbar, d. h. können mit variabler Wellenlänge betrieben werden. Bei den ebenfalls durchstimmbaren Freie-Elektronen-Lasern bilden Elektronen im Vakuum das Lasermedium, mit ihnen lassen sich die derzeit größten Energien bzw. kürzesten Wellenlängen (bis in den Röntgenbereich) erzielen. Eine besondere Rolle spielen Kurz- und Ultrakurzpulslaser. Bei Pulsdauern im Bereich von Femto- oder Attosekunden (1 fs = 10^–15 s, 1 as = 10^–18 s) treten bei mäßiger Gesamtenergie extrem hohe Strahlungsleistungen auf (TW = 10¹² W bis PW = 10¹⁵ W). Pulslängen unter 1 fs erlauben die zeitaufgelöste Untersuchung entsprechend schneller Naturvorgänge wie die Elektronenübertragung bei einer chemischen Reaktion. Seit den 1990er Jahren kann man zu Forschungszwecken sog. Atomlaser konstruieren, bei denen anstelle von kohärenten Lichtwellen entsprechende Materiewellen emittiert werden. Möglich wurde dies durch die experimentelle Realisierung der Bose-Einstein-Kondensation von Atomen.