Festkörperlaser (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 Übergangsmetalle wie z. B. Cr³⁺ oder der seltenen Erden wie z. B. Nd³⁺ oder Ho³⁺. Die Laserübergänge finden zwischen Energieniveaus der inneren ungefüllten Elektronenschalen statt. Diese werden vom Kristallfeld des Wirtskristalls nicht stark beeinflußt. Die Übergänge sind daher ziemlich scharf und strahlungslose Zerfallsprozesse haben keine große Bedeutung. Diese Eigenschaften wirken sich positiv auf die Kleinsignalverstärkung γ (vgl. Gl. (3.15)) und demzufolge auf die Pumpschwelle aus. Die Dotierung mit Fremdionen beträgt oft weniger als ein Gewichtsprozent. Trotzdem ist aber die Dichte der laseraktiven Ionen von der Größenordnung von ¹⁹cm ⁻³, d.h. wesentlich höher als beispielsweise die Dichte in einem Gaslaser, wo sie 10¹⁵ bis 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. Der erste Laser der Geschichte war ein Festkörperlaser, nämlich ein Rubinlaser, der im Kap. 15.1 besprochen wird. Der wohl wichtigste Festkörperlaser ist aber heute der Neodymlaser (Kap. 15.2). Weitere Festkörperlaser werden im Kapitel 15.3 diskutiert, während das Kapitel 15.4 abstimmbaren Festkörperlasern gewidmet ist. Abschließend wird im Kapitel 15.5 eine besondere Kategorie von abstimmbaren Festkörperlasern, die der Farbzentrenlaser, vorgestellt.