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Laser: Bauformen, Strahlführung, Anwendungen ; mit 57 Tabellen, 164 Aufgaben und vollständigen Lösungswegen

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Bibliographische Detailangaben
Hauptverfasser:	Eichler, Jürgen 1942- (VerfasserIn), Eichler, Hans-Joachim 1940- (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Berlin [u.a.] Springer 2003
Ausgabe:	5., aktualisierte Aufl.
Schlagworte:	Laser Laser - Lehrbuch Lasertechnologie Lehrbuch
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	Literaturverzeichnis Seite [443] - 446
Beschreibung:	XI, 452 S. Ill., graph. Darst.
ISBN:	3540003762

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS 1 LICHT, ATOME, MOLEK¨ ULE, FESTK¨ ORPER . 1 1.1 EIGENSCHAFTEN VON LICHT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 ATOME: ELEKTRONENBAHNEN,ENERGIENIVEAUS . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3 ATOME MIT MEHREREN ELEKTRONEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.4 MOLEK¨ ULE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.5 ENERGIENIVEAUS IN FESTK¨ ORPERN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.6 ENERGIEB¨ ANDER IN HALBLEITERN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2 ABSORPTION UND EMISSION VON LICHT . 27 2.1 ABSORPTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.2 SPONTANE EMISSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.3 LICHTVERST¨ ARKUNG DURCH INDUZIERTE EMISSION . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.4 LINIENBREITE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.5 INVERSIONSERZEUGUNG UND -ABBAU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.6 AUFBAU VON LASERN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.7 ZEITLICHES EMISSIONSVERHALTEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3 LASERTYPEN . 51 3.1 WELLENL¨ ANGEN UND AUSGANGSLEISTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.2 ABSTIMMBARE LASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.3 FREQUENZSTABILE LASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.4 HOCHLEISTUNGSLASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.5 ULTRAKURZE LICHTIMPULSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.6 LASERPARAMETER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4 LASER¨ UBERG¨ ANGE IN NEUTRALEN ATOMEN . 65 4.1 HE-NE-LASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.2 METALLDAMPF-LASER (CU,AU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.3 JODLASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 VIII INHALTSVERZEICHNIS 5IONENLASER . 79 5.1 LASER F¨ UR KURZE WELLENL¨ ANGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 5.2 EDELGASIONENLASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5.3 METALLDAMPFIONENLASER (CD , SE , CU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 6 INFRAROT-MOLEK¨ ULLASER . 91 6.1 FERNINFRAROT-LASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 6.2 CO 2 -LASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 6.3 CO-LASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 6.4 HF-LASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 7 UV-MOLEK¨ ULLASER . 117 7.1 STICKSTOFFLASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 7.2 EXCIMERLASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 8 FARBSTOFFLASER . 129 8.1 EIGENSCHAFTEN VON FARBSTOFFEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 8.2 ANREGUNG DURCH BLITZLAMPEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 8.3 ANREGUNG DURCH LASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 9 FESTK¨ ORPERLASER . 139 9.1 RUBINLASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 9.2 NEODYM-YAG-LASER UND ALTERNATIVEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 9.3 GLASLASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 9.4 ERBIUM- UND HOLMIUMLASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 9.5 ABSTIMMBARE FESTK¨ ORPERLASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 9.6 FARBZENTRENLASER. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 9.7 DIODENGEPUMPTE UND FASERLASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 10 HALBLEITERLASER . 171 10.1 LICHTVERST¨ ARKUNG IN PN-DIODEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 10.2 GAALAS- UND INGAASP-LASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 10.3 FREQUENZABSTIMMUNG VON DIODENLASERN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 10.4 OBERFL¨ ACHENEMITTIERENDE DIODENLASER,VCSEL . . . . . . . . . . . . . . 189 10.5 HALBLEITERLASER F¨ UR DAS TIEFERE INFRAROT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 10.6 * BLUE* GAN-LASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 INHALTSVERZEICHNIS IX 11 FELS, KOH¨ ARENTE R¨ ONTGEN- UND ATOMSTRAHLEN . 199 11.1 ELEKTRONENSTRAHLLASER (FEL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 11.2 R¨ ONTGENLASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 11.3 KOH¨ ARENTE ATOMSTRAHLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 12 AUSBREITUNG VON LICHTWELLEN . 213 12.1 EBENE UND KUGELWELLEN,BEUGUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 12.2 GAUSS-STRAHLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 12.3 DURCHGANG VON GAUSS-STRAHLEN DURCH LINSEN . . . . . . . . . . . . . . . 221 12.4 FERNROHRE UND ORTSFREQUENZFILTER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 12.5 AUSBREITUNG REALER LASERSTRAHLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 12.6 OPTISCHE FASERN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 12.7 OPTISCHE MATERIALIEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 13 OPTISCHE RESONATOREN . 241 13.1 PLANSPIEGELRESONATOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 13.2 HOHLSPIEGELRESONATOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 13.3 RESONATORTYPEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 13.4 INSTABILE RESONATOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 13.5 LASER MIT GRUNDMODE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 14 SPIEGEL . 257 14.1 REFLEXION UND BRECHUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 14.2 METALLSPIEGEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 14.3 DIELEKTRISCHE VIELSCHICHTENSPIEGEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 14.4 STRAHLTEILER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 14.5 PHASENKONJUGATOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 15POLARISATION . 275 15.1 ARTEN DER POLARISATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 15.2 DOPPELBRECHUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 15.3 POLARISATOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 16 MODULATION UND ABLENKUNG . 283 16.1 MECHANISCHE MODULATOREN UND SCANNER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 16.2 AKUSTOOPTISCHE MODULATOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 16.3 ELEKTROOPTISCHE MODULATOREN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 16.4 OPTISCHE ISOLATOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 16.5 S¨ ATTIGBARE ABSORBER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 X INHALTSVERZEICHNIS 17 PULSBETRIEB . 295 17.1 RELAXATIONSSCHWINGUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 17.2 G¨ UTESCHALTUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 17.3 PULS-AUSKOPPLUNG (CAVITY-DUMPING) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 17.4 MODENKOPPLUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 17.5 VERST¨ ARKUNG UND KOMPRESSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 18 FREQUENZSELEKTION UND -ABSTIMMUNG . 313 18.1 FREQUENZABSTIMMUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 18.2 LONGITUDINALE MODENSELEKTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 18.3 PRISMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317 18.4 GITTER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 18.5 FABRY-PEROT-ETALON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 18.6 DOPPELBRECHENDE FILTER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 19 FREQUENZUMSETZUNG . 325 19.1 DOPPLER-EFFEKT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 19.2 NICHTLINEARE OPTISCHE EFFEKTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 19.3 FREQUENZVERDOPPLUNG UND -VERVIELFACHUNG. . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 19.4 PARAMETRISCHE OSZILLATOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 19.5 STIMULIERTE RAMANSTREUUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 19.6 KONTINUUMSERZEUGUNG. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 19.7 ERZEUGUNG HOHER HARMONISCHER IN GASEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 20 STABILIT¨ AT UND KOH¨ ARENZ . 341 20.1 LEISTUNGSSTABILIT¨ AT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341 20.2 FREQUENZSTABILIT¨ AT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 20.3 SCHROTRAUSCHEN,SQUEEZED STATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346 20.4 KOH¨ ARENZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 21 PHOTODETEKTOREN UND ENERGIEMESSGER¨ ATE . 353 21.1 MESSTECHNISCHE GRUNDBEGRIFFE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 21.2 THERMISCHE DETEKTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 21.3 VAKUUMPHOTODETEKTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 21.4 HALBLEITERDETEKTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363 22 SPEKTRALAPPARATE UND INTERFEROMETER . 365 22.1 PRISMENSPEKTROMETER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 22.2 GITTERSPEKTROMETER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367 22.3 ZWEISTRAHLINTERFEROMETER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 INHALTSVERZEICHNIS XI 22.4 FABRY-PEROT-INTERFEROMETER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 22.5 OPTISCHES ¨ UBERLAGERUNGSVERFAHREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 23 ANWENDUNGEN UND ENTWICKLUNGSPOTENTIAL . 373 23.1 NACHRICHTEN¨ UBERTRAGUNG MIT GLASFASERN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373 23.2 MATERIALBEARBEITUNG MIT LASERN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375 23.3 LASER IN DER MEDIZIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384 23.4 KERNFUSION MIT LASERN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 23.5 WISSENSCHAFTLICHE ANWENDUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390 23.6 HOLOGRAPHIE UND INTERFEROMETRIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391 23.7 LICHTSTREUUNG ZUR STR¨ OMUNGSMESSTECHNIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394 23.8 LASER IN GER¨ ATEN UND GEBRAUCHSG¨ UTERN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 23.9 PERSPEKTIVEN DER LASERENTWICKLUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408 24 SICHERHEIT VON LASER-EINRICHTUNGEN . 409 24.1 GRENZWERTE F¨ UR DAS AUGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410 24.2 LASER-SCHUTZBRILLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411 24.3 LASERKLASSEN UND GEF¨ AHRDUNGSPOTENTIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 24.4 SICHERHEITSVORSCHRIFTEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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