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Laser [ˈleɪzɚ] ist das Initialwort von Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Lichtverstärkung durch Induzierte Emission).
Demonstrationslaser: In der Mitte ist das Leuchten der Gasentladung zu sehen, die das Lasermedium anregt. Der Laserstrahl selbst ist rechts als roter Punkt auf dem weißen Schirm zu erkennen.
Der Begriff wurde 1957 von Gordon Gould geprägt.
Laser sind Strahlungsquellen, (Infrarot, sichtbares Licht, Ultraviolett, Röntgenstrahlung), deren Gemeinsamkeit im Entstehungsprozess der Strahlung liegt, nämlich in der so genannten induzierten Emission. Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Typen von Lasern mit den verschiedensten Eigenschaften. Ein Laser besteht immer aus einem optisch aktiven Medium, in dem die Strahlung erzeugt wird, und meistens einem Resonator, der für die Eigenschaften des Laserstrahls, wie Parallelität oder Strahlprofil, mitverantwortlich ist.
Laser haben Eigenschaften, die sie stark von klassischen Lichtquellen (wie z. B. einer Glühlampe) unterscheiden. Aufgrund der hohen Kohärenz wird bei Laserstrahlung die Wellennatur des Lichts besonders deutlich, beispielsweise durch Interferenzeffekte. Laser können außerdem stark (fokussiert) werden, weshalb sie sich als Schneid- und Schweißwerkzeug oder auch als Laserskalpell in der Medizin eignen.
Laser können auch so konstruiert werden, dass sie Impulse mit extrem geringer Dauer (~10-fs-Bereich) aussenden. Die damit mögliche zeitaufgelöste Laserspektroskopie ist ein Standardverfahren zur Untersuchung schneller Prozesse geworden.
Albert Einstein beschrieb bereits 1917 die stimulierte Emission als Umkehrung der Absorption. Danach wurde lange gerätselt, ob der Effekt zur Verstärkung des Lichtfeldes benutzt werden könnte, da zum Erreichen der Verstärkung eine Besetzungsinversion eintreten musste. Diese ist aber in einem stabilen Zweiniveausystem unmöglich. Zunächst wurde ein Dreiniveausystem in Betracht gezogen, und Rechnungen ergaben eine Stabilität für Strahlung im Mikrowellenbereich, realisiert im Maser, der Mikrowellenstrahlung aussendet. Der erste Laser – ein Rubinlaser – wurde 1960 von Theodore Maiman gebaut und am 26. Mai fertiggestellt.[1]
Die weitere Entwicklung führte dann zunächst zu Gaslasern (Stickstoff-, CO2-Laser, He-Ne-Laser[2]) und danach zu Farbstofflasern (das laseraktive Medium ist flüssig). Eine Weiterentwicklung von Kristalltechnologien ermöglichte eine sehr starke Erweiterung des spektralen Nutzbereiches. Durchstimmbare Laser zum Anfahren einer bestimmten Wellenlänge und breitbandige Laser wie z. B. der Titan-Saphir-Laser läuteten in den 1980er Jahren die Ära der Ultrakurzpulslaser mit Impulsdauern von Pico- und Femtosekunden ein.
In den späten 1980er Jahren ermöglichte die Halbleitertechnologie immer langlebigere, hocheffektive Halbleiter-Laserdioden, die mit kleiner Leistung in CD- und DVD-Laufwerken oder in Glasfaser-Datennetzen eingesetzt werden und inzwischen nach und nach als Pumpquellen mit Leistungen bis in den kW-Bereich die wenig effektive Lampenanregung von Festkörperlasern ersetzen.
In den 1990er Jahren wurden neue Pumpgeometrien für hohe Laserleistungen verwirklicht, wie der Scheiben- und der Faserlaser. Letztere fanden zur Jahrtausendwende aufgrund der Verfügbarkeit von neuen Fertigungstechniken und Leistungen bis 20 kW zunehmend Anwendungen bei der Materialbearbeitung, wo sie die bisher gebräuchlichen Typen (CO2-Laser, lampengepumpte Nd:YAG-Laser) teilweise ersetzen können.
Zu Beginn des 21. Jahrhunderts wurden erstmals nichtlineare Effekte ausgenutzt, um Attosekundenpulse im Röntgenbereich zu erzeugen. Damit ließen sich zeitliche Abläufe im Inneren eines Atoms verfolgen.
Erste blaue und ultraviolette Laserdioden erreichten die Marktreife.
Inzwischen ist der Laser zu einem bedeutenden Instrument der Industrie, Kommunikation, Wissenschaft und Unterhaltungselektronik geworden.
Physikalische Grundlagen [Bearbeiten]
Stimulierte Emission: Lasing
Befindet sich ein Atom oder Molekül in einem energetisch angeregten Zustand, so gibt es mehrere Möglichkeiten, diese in ihm gespeicherte Energie wieder abzugeben. Eine davon ist die spontane Emission von Strahlung: Ein Elektron oder ein Molekül-Schwingungszustand wechselt in einen energetisch günstigeren Zustand und strahlt ein Photon (Lichtquant) mit der der Niveaudifferenz entsprechenden Energie bzw. Wellenlänge ab. Wesentlich für die spontane Emission ist, dass das Abstrahlen zufällig geschieht (spontan: v. lat. sponte, selbstständig). Die Abstrahlung ist zufällig, falls sie nicht von außen induziert/stimuliert wird.
Stimulierte Emission [Bearbeiten]
Bei herkömmlichen Lichtquellen erfolgt der Übergang von einem Energieniveau zum anderen durch spontane Emission. Sowohl der Zeitpunkt als auch die Richtung, in die das Photon ausgesendet wird, sind zufällig. Beim Laser hingegen erfolgt dieser Übergang durch stimulierte Emission: Ein Lichtteilchen stimuliert diesen Übergang, und dadurch entsteht ein zweites Lichtteilchen, dessen Eigenschaften (Frequenz, Phase, Polarisation und Ausbreitungsrichtung) mit dem des ersten identisch sind. Das Resultat ist eine Lichtverstärkung. Das Problem der praktischen Umsetzung ergibt sich direkt aus dem Bänderdiagramm rechts oben: Pumpt man mit Licht der Energie EM − EL, so würde man auch direkt wieder eine stimulierte Emission erzeugen. So kann ein Laser also nicht funktionieren, denn so käme nie die nötige Überzahl an Elektronen auf das EM-Niveau, die aber für eine kontinuierliche stimulierte Emission nötig ist. Also pumpt man mit Licht der Energie EP − EL Elektronen auf ein noch höheres Niveau, das so genannte Pumpniveau. Von dort aus fallen die Elektronen von selbst auf das EM-Niveau, sodass diese von dort zur stimulierten Emission beitragen können. Der Vorgang läuft genau dann günstig ab, wenn der Übergang von EP zu EM sehr schnell und von EM zu EL etwas „langsamer“ erfolgt. Die kurze Übergangszeit von EP zu EM gewährleistet so genügend Zustände im laseraktiven Niveau EM für die stimulierte Emission. Der Übergang von EP zu EL sollte hingegen möglichst selten auftreten, um unerwünschte Emissionen zu vermeiden.
Der zur Emission entgegengesetzte Vorgang ist die Absorption, bei der durch die Energie eines Photons ein Elektron in ein höheres Energieniveau gehoben wird.
Besetzungsinversion [Bearbeiten]
Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Photon durch Absorption ein Elektron auf ein höheres Niveau anhebt, ist in einem Zwei-Niveau-System genauso hoch wie die Wahrscheinlichkeit, dass es eine stimulierte Emission auslöst. Um eine Verstärkung von Licht zu erreichen, müssen daher mehr Zustände im höheren Niveau vorliegen als im niedrigen, so dass aufgrund der Besetzung die Wahrscheinlichkeit für die stimulierte Emission höher ist als für die Absorption. Diesen Zustand nennt man Besetzungsinversion.
Eine Besetzungsinversion kann im thermischen Gleichgewicht nicht erreicht werden. Zweiniveausysteme können also, wenn sie durch Strahlung gepumpt werden, nur gepulst arbeiten, da die Inversion nicht dauerhaft aufrecht erhalten werden kann. Dank anderer Pumpmechanismen gibt es aber auch Zweiniveaulaser im kontinuierlichen Betrieb, etwa elektrisch gepumpte Diodenlaser.
Im Drei-Niveau-System wird ein Elektron aus dem Grundzustand in einen hochliegenden atomaren oder molekularen Zustand angeregt. Dieser angeregte Zustand zerfällt schnell in das obere Niveau des Laserübergangs, der metastabil (d. h. langsam zerfallend) ist. Durch diesen Effekt werden die Atome/Moleküle des Lasermediums in den oberen Zustand des Laserüberganges gepumpt; eine Besetzungsinversion ist die Folge.
Technische Umsetzung [Bearbeiten]
In einem Laser wird das Licht, das durch spontane Emission erzeugt wurde, durch eine geeignete Anordnung zweier Spiegel immer wieder durch das Gebiet, in dem Besetzungsinversion herrscht (das sog. aktive Medium, z. B. ein Nd:YAG-Kristall oder eine Kohlendioxid-Gasentladung), geleitet. Eine solche Anordnung nennt man optischen Resonator (lat. resonare = zurücksingen, hallen). Im Resonator wird das Licht beim Hin- und Herlaufen zwischen den beiden Spiegeln durch stimulierte Emission immer weiter verstärkt, bis der Leistungszuwachs innerhalb des Systems durch die Abnahme der Besetzungsinversion und die immer stärker ansteigenden Verluste ausgeglichen wird. Einer der beiden Spiegel ist teilweise (typisch: Promille bis über 15 %, je nach Verstärkung) durchlässig, um Licht aus dem Laser auskoppeln zu können. Die Feldstärke innerhalb des Resonators ist dadurch viel höher als im ausgekoppelten Strahl.
Lasermedien mit sehr hoher Verstärkung können auch mit nur einem Spiegel oder ganz ohne Spiegel lasern (sogenannte Superstrahler, z. B. beim Stickstofflaser).
Ausgangsleistungen von typischen Lasersystemen reichen von wenigen Mikrowatt (µW) bei Diodenlasern bis zu einigen Terawatt (TW) bei gepulsten Femto- oder Attosekunden-Lasern mit externer Verstärkung.
Die Energie, die benötigt wird, um die Atome oder Moleküle in die angeregten Zustände zu versetzen, muss dem System von außen zugeführt werden. Dieser Prozess wird als Pumpen bezeichnet. Es kann elektrisch in Form einer Gasentladung, durch Injektion von Ladungsträgern (Stromfluss) beim Halbleiterlaser oder optisch durch das Licht einer Gasentladungslampe (Blitzlampe oder Bogenlampe) oder eines anderen Lasers stattfinden.
Auch eine chemische Reaktion kann zum Pumpen dienen. Beim Freie-Elektronen-Laser stammt die Pumpenergie aus dem Elektronenstrahl.
Eigenschaften von Laserstrahlung [Bearbeiten]
Strahleigenschaften [Bearbeiten]
Die Strahleigenschaften eines Laserstrahles werden wesentlich durch die Art des Laser-Resonators bestimmt: Die Laseremission wird durch diesen nur in einer Richtung ermöglicht, die durch die Spiegelanordnung und die Geometrie des Aktiven Mediums bestimmt ist. Da Laser dadurch nahezu parallel in eine Richtung verlaufende Strahlung aussenden, kann durch Bündelung (Fokussierung) eine sehr viel höhere Leistungsdichte erreicht werden als bei gewöhnlichen Lichtquellen (z. B. Bogenlampen). Das Verhalten von Laserstrahlen kann oft gut durch Gauß-Strahlen beschrieben werden.
Bei einer normalen Glühlampe werden Lichtwellen nicht nur mit unterschiedlicher Wellenlänge ausgesendet, sondern auch zeitlich leicht versetzt, also phasenverschoben. Bei einem Laser dagegen „springen“ die Wellen jeweils fast gleichzeitig ab. Die Wellen sind also über mehr oder weniger lange Strecken fast phasengleich, was man sich auch in der Holografie zunutze macht. Man sagt diese Wellen haben eine große Kohärenzlänge.
Die Polarisation von Laserstrahlen ist aufgrund polarisierender optischer Bauteile im Resonator (schräge Umlenkspiegel und Flächen (Brewster-Fenster), geringe Höhe des Resonators bei Halbleiterlasern) meistens linear.
Oft ist das erwünscht, um polarisationsabhängige Kopplung und Strahlteilung durchführen zu können.
Beim Schneiden von Metallen tritt jedoch insbesondere bei der linear polarisierten CO2-Laserstrahlung im Schnittspalt eine polarisationsabhängige Absorption auf, was eine schlechte und richtungsabhängige Schnittkantenqualität zur Folge hat. Daher wird beim Metallschneiden mit zirkularer Polarisation gearbeitet, die durch phasendrehende Spiegel im Strahlengang des Laserstrahles erzielt wird.
Frequenz, Wellenlänge [Bearbeiten]
Die Frequenz von Laserstrahlung wird durch das aktive Medium bestimmt. Es gibt Stoffe, die auf vielen Wellenlängen zum Lasen angeregt werden können – jedoch meistens bei einer Wellenlänge besonders gut. Daher sind Laser sehr schmalbandige Strahlungsquellen. Extreme Schmalbandigkeit ist z. B. bei der interferometrischen Längenmessung mittels Lasern von Bedeutung. Bei extremer Breitbandigkeit spricht man von Superkontinuum-Lasern, welche z. B. in der optischen Kohärenztomographie und zur Erzeugung von Frequenzkämmen eingesetzt werden.
Dauerstrich- und gepulste Laser [Bearbeiten]
Laserlicht von Dauerstrich-Lasern (englisch: continuous-wave laser, cw-laser) ist im Idealfall schmalbandig (monochrom, einfarbig), das heißt, es besteht nur aus Licht einer Wellenlänge. Insbesondere ist Dauerstrich-Laserlicht aus stabilen Laserresonatoren aufgrund des Vielfachumlaufes zeitlich beziehungsweise longitudinal (entlang seiner Ausbreitungsrichtung) kohärent, was bedeutet, dass die ausgesandten Wellenzüge nicht nur mit der gleichen Frequenz schwingen, sondern auch in der Phase über eine lange Strecke (die Kohärenzlänge) konstant sind. Dadurch zeigt ein solches Licht besonders ausgeprägte Interferenzerscheinungen. Während des Einschwingvorgangs des Dauerstrich-Lasers tritt zunächst oft Spiking, das heißt eine unregelmäßige Laserimpulsabgabe, auf. Dieses Verhalten nutzt ein modengekoppelter Laser gezielt aus, indem er die Spikes z. B. triggert oder synchronisiert.
Im Gegensatz zum Dauerstrich-Laser erzeugt ein gepulster Laser pulsierende Strahlung. Dazu benötigt er prinzipiell eine größere Frequenzbandbreite bei der die beteiligten Frequenzen gekoppelt sind (Modenkopplung). Je kürzer die Impulsdauer, desto breiter ist entsprechend den Gesetzen der Fouriertransformation das erzeugte Spektrum. Die geringsten erzielbaren Impulsdauern liegen heutzutage in der Größenordnung von Femto- und Attosekunden (siehe auch: Femtosekundenlaser). Bei derart kurzen Impulsen (Länge des Strahlungspaketes <30 µm, also ein Bruchteil einer Haarbreite) spielt bereits die ausreichende Breitbandigkeit des verstärkenden Lasermediums eine Rolle. Die Wiederholfrequenz, mit der die Impulse im Laser erzeugt werden, hängt u. a. bei der instantanen Kerr-Linsen-Modenkopplung (engl. „Kerr lens mode locking“, ein Verfahren zur Erzeugung stabiler Pulse, also einer Folge von Impulsen geringer Dauer) von der Resonatorlänge ab: Bei einem Resonator mit einer Länge von einem halben Meter beträgt diese etwa 300 MHz – die Periodendauer entspricht einem Hin- und Herlaufen (Umlauf) des Impulses im Resonator. Die Spitzenleistung wird bei jedem Umlauf größer, die Impulsdauer bleibt von allein sehr gering. Aus solchen Pulslasern werden dann einzelne Impulse mittels optischer Schalter herausgelassen und weiterverstärkt. Mit einigen weiteren Tricks gelingt es damit, Spitzenleistungen bis in den Petawatt-Bereich zu erzeugen, die nur noch im Vakuum übertragen und fokussiert werden können.
Die Gütemodulation (Q-switching) des Resonators mit akustooptischen Güteschaltern oder Pockelszellen sind weitere Techniken zur Erzeugung energiereicher Laserimpulse mit geringer Dauer.
Mit Lasern gelingt es, Licht in hohem Grade zu kontrollieren bzw. zu manipulieren (Intensität, Richtung, Frequenz, Polarisation, Phase, Zeit).
Laser werden meistens nach dem eingesetzten optisch aktiven Material kategorisiert und benannt.
Entwicklung des Kohlenmonoxidlasers CO-EDL (Carbon Monoxide Electric Discharge Lasers) des
Northrop Research and Technology Centers mit Unterstützung des
Office of Naval Research der US Navy, 1968
Bei Gaslasern ist das aktive Medium gasförmig. Zumeist werden Gaslaser elektrisch durch eine Gasentladung im aktiven Medium selbst gepumpt.
Beispiele:
- Helium-Neon-Laser (HeNe-Laser): Wichtigste Emissionswellenlänge bei 632,8 nm (rot).
- Kohlendioxidlaser (CO2-Laser): etwa 10,6 μm Wellenlänge (mittleres Infrarot), wichtiger Industrielaser
- Kohlenmonoxidlaser (CO-Laser): etwa 6–8 μm Wellenlänge (mittleres Infrarot), funktioniert nur gekühlt
- Stickstofflaser (N2-Laser): 337,1 nm (ultraviolett)
- Argon-Ionen-Laser, mehrere Linien bei 457,9 nm (8 %), 476,5 nm (12 %), 488,0 nm (20 %), 496,5 nm (12 %), 501,7 nm (5 %), 514,5 nm (43 %) (blau bis grün)
- Helium-Cadmium-Laser (HeCd-Laser): wichtigste Laserquelle für blau (442 nm) und nahes UV (325 nm)
- Krypton-Ionen-Laser, mehrere Linien bei 350,7 nm; 356,4 nm; 476,2 nm; 482,5 nm; 520,6 nm; 530,9 nm; 586,2 nm; 647,1 nm (stärkste Linie); 676,4 nm; 752,5 nm; 799,3 nm (blau bis tiefrot)
- Sauerstoff-Ionen-Laser
- Xenon-Ionen-Laser
- Mischgas-Laser, enthalten keine reinen Gase, sondern eine Mischung verschiedener (meistens Argon und Krypton)
- Excimerlaser, z. B. KrF (248 nm), XeF (351–353 nm), ArF (193 nm), XeCl (308 nm), F2 (157 nm) (alles ultraviolett)
- Metalldampflaser, z. B. Kupferdampflaser, bei 510,6 und 578,2 nm. Aufgrund der hohen Verstärkung kann ein Kupferdampflaser auch ohne Resonatorspiegel betrieben werden.
- Metallhalogenid-Laser, z. B. Kupferbromid-Laser, bei 510,6 und 578,2 nm. Aufgrund der hohen Verstärkung kann ein Kupferbromidlaser auch ohne Resonatorspiegel betrieben werden.
Eine Sonderform sind die chemisch gepumpten Laser. Hier erfolgt das Pumpen durch eine chemische Reaktion im bzw. des aktiven Mediums. Das Gas ist nach der Reaktion verbraucht und kann dementsprechend nur einmal verwendet werden. Chemische Laser sind für transportable Hochleistungsanwendungen geeignet, sie haben fast ausschließlich im militärischen Bereich Bedeutung.
Beispiele:
Bei diesem Lasertyp ist ein organischer Farbstoff in alkoholischer Lösung (oft Methanol oder Ethanol) das aktive Medium. Die Farbstofflösung wird dabei ständig umgepumpt, um ein Ausbleichen (photochemische Degeneration) zu vermeiden.
Beispiele für Farbstoffe:
- Stilbene – Klasse von Farbstoffen im blauen Spektralbereich
- Cumarine – Klasse von Farbstoffen im blauen bis grün-gelben Spektralbereich
- Rhodamine – Klasse von Farbstoffen im gelben bis orange-roten Spektralbereich
- DCM – Roter Farbstoff
- LDS – Klasse von Farbstoffen im IR-Bereich
Farbstofflaser werden im allgemeinen durch andere Laser gepumpt. Dabei nimmt man einen Leistungsverlust durch den geringen Wirkungsgrad des Farbstofflasers in Kauf, um andere Wellenlängen zu erzeugen. Gepumpt werden kann sowohl kontinuierlich (kurz cw für engl. continuous wave) als auch gepulst.
Der Festkörperlaser war der erste Lasertyp; Maiman entwickelte im Jahre 1960 den Rubinlaser.
Bei Festkörperlasern wird ein Trägerwerkstoff bzw. Wirtskristall mit Ionen eines fremden Stoffes dotiert. Diese Ionen bilden, eingebettet im Wirtsmaterial, das eigentliche aktive Medium. Die Laserübergänge der Ionen sind innerhalb des d-Orbitals. Diese Orbitale sind nicht an chemischen Bindungen beteiligt. Das Trägermaterial (Wirtskristall, Glas) nimmt daher nur geringen Einfluss auf die Eigenschaften der Ionen.
Festkörperlaser werden nach der Art und Form des Wirtsmaterials und den Dotierungselementen unterschieden:
Beispiele für Wirts- bzw. Trägermaterialien:
- Glas (Stabform oder Faserlaser)
- Vorteil: einfache Herstellung auch in großen Dimensionen
- Nachteil: geringe Wärmeleitfähigkeit, geringe Festigkeit
- Al2O3 (Korund, Saphir) (z. B. Rubinlaser (Chrom-Dotierung), Titan:Saphir-Laser)
- Vorteil: hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Festigkeit
- Nachteil: relativ hohe Absorption, teuer
- YAG (Yttrium-Aluminium-Granat-Laser, siehe Nd:YAG-Laser) Dotierung Nd, Er, Yb
- Vorteil: hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Festigkeit, geringe Absorption
- Nachteil: keine bekannten
- Yttrium-Vanadat (YVO4), Dotierung Nd
- YLF
Beispiele für Dotierungsmaterialien:
- Chrom war das Dotierungsmaterial des ersten Lasers, des Rubinlaser (694,3 nm (rot)). Aufgrund der geringen Effizienz wird es heute kaum noch verwendet.
- Neodym, 1064 nm, Der wichtigste kommerzielle Festkörperlaser: Nd:YAG-Laser, bei 1064 nm (infrarot), beziehungsweise frequenzverdoppelt bei 532 nm (grün). Auch möglich sind: Nd:Glas, Nd:YLF …
- Ytterbium, 1030 nm, erlaubt im Laserbetrieb einen hohen Wirkungsgrad > 50 %. Es bedarf dazu allerdings eines schmalbandigen Pumpens mit Laserdioden (940 nm). Das wichtigste Material mit dieser Dotierung ist der Yb:YAG-Laser, z. B. hochdotiert als Scheibenlaser mit einer Wellenlänge von 1030 nm.
- Titan Ein wichtiger modengekoppelter Festkörperlaser: Titan:Saphir-Laser, 670–1100 nm (rot-infrarot), aufgrund breitbandiger Verstärkung für Pulse im fs-Bereich geeignet
- Erbium Wellenlänge 3 µm, Pumpen mit Diodenlasern bei 980 nm, sogenannter augensicherer Laser, Verwendung für Laser-Entfernungsmesser und in der Medizin
Formen des aktiven Mediums:
Wie bei dem Festkörperlaser handelt es sich bei dem Farbzentrenlaser um einen Laser, bei dem Defekte (Fremdionen, Gitterfehler, Ladungen) in einen Trägerkristall eingebettet sind. Die Laserübergänge bei dem Farbzentrenlaser werden aber durch die Wechselwirkung der Störstellen mit dem Gitter erzeugt.
Beispiele:
Farbzentrenlaser erzeugen nur geringe Leistungen von typ. unter 100 mW.
Beim Halbleiterlaser werden stromdurchflossene pn-Übergänge im Halbleiter zur Besetzungsinversion verwendet.
Laserdioden sind direkt elektrisch gepumpte Laser. Die Leistung von Laserdioden mit guter Strahlqualität (M²<1,5) beträgt weniger als ein Watt. Multimode-Dioden erreichen bei schlechterer Strahlqualität (1,5<M²<100) Leistungen bis 10 W.
Mehrere Einzeldioden können in einem schmalen Chip (ca. 0,1 × 1 × 10 mm) nebeneinander integriert sein. Diese sogenannten Barren (engl. bar) liefern, auf eine Wärmesenke montiert, bis über 50 Watt (Barren mit über hundert Watt kontinuierlicher Ausgangsleistung sind in der Erprobung, Stand Januar 2007). Die Einzeldioden sind dabei elektrisch parallel geschaltet. Den montierten Barren nennt man auch „submount“.
Durch Kopplung vieler, in einem sogenannten stack (Stapel) untergebrachter Barren bzw. submounts werden Leistungen im kW-Bereich bei entsprechend schlechter Strahlqualität erreicht (M²>100).
Bis zu 6 Stapel kann man durch verschiedene Wellenlängen (üblich bis 3) und Polarisationsrichtungen verlustarm ohne Verschlechterung der Strahlqualität optisch addieren. Damit erreicht man Leistungen im zweistelligen kW-Bereich.
Zum optischen Pumpen von Festkörper-Lasern durch Laserdioden muss die Pumpwellenlänge exakt getroffen werden, daher ist hierbei keine Wellenlängenkopplung möglich. Die Diodenlaser müssen jedoch hierzu ohnehin nicht zu Strahlen mit hoher Leistungsdichte zusammengefasst werden.
Weitere Halbleiterlaser sind:
Freie-Elektronen-Laser (FEL) [Bearbeiten]
Der Freie-Elektronen-Laser ist eine Synchrotronstrahlungsquelle, die gerichtete Strahlung (verschiedenste Wellenlängen von Mikrowellen bis in den Röntgenbereich, sehr hohe Brillanz) aus der Energie eines Elektronenstrahles erzeugt. Aufgrund der Kohärenz (meistens nur örtliche Kohärenz) der Strahlung wird der FEL als Laser bezeichnet. Im eigentlichen Sinne ist er jedoch kein Laser, da die Strahlung nicht durch stimulierte Emission erzeugt wird.
Freie-Elektronen-Laser besitzen außer im IR-Bereich oft keinen Resonator.
Für mehr Informationen siehe Freie-Elektronen-Laser.
Laserresonatoren werden bei Lasergeräten verwendet, um den Strahl mehrfach hin und her durch das verstärkende aktive Medium laufen zu la
