Wir, Anna Maria Roth und Mandy Soblik, sind im Physik Leistungskurs der Kursstufe 1.
Nach einem Workshop über Laser an der Universität Stuttgart hat uns das Thema Laserphysik begeistert. Daraufhin schlug unser Physiklehrer Herr Hentsch vor, mithilfe der Anleitung von Florian Karsten, selbst einen Stickstoff-Laser zu bauen.
Anschließend haben wir uns informiert und alle Materialien beschaffen. Nach erfolgreichem Zusammenbau des Lasers standen wir vorerst vor dem Problem der Inbetriebnahme.
Seit Wochen hatten wir regelmäßig in der Schule gemeinsam mit unserem Physiklehrer versucht, einen Laserstrahl zu erzeugen. Freundlicherweise hat uns Herr Karsten einige Anregungen geschickt. Nach weiterer eigenständiger Optimierung des Versuchsaufbau kam es zum Durchbruch: der Laser funktionierte!
Schlussendlich haben wir es geschafft, einen Laserstrahl zu erzeugen. Dieser ist allerdings im für das menschliche Auge nicht sichtbaren UV-Bereich. Dieses Problem lässt sich einfach beheben, indem man den Laser auf gebleichtes Papier oder Textmarker strahlen lässt. Mit einem Becherglas mit dem Farbstoff Uranin (wasserlösliches Fluorescein-Natrium-Salz) konnte man sogar gut erkennen, dass es sich um einen sehr dünnen Strahl handelt.
Im Folgenden wird die Funktionsweise kurz erläutert.
An einer der Laserplatten liegen zunächst 5000 Volt an (rotes Kabel). Diese zwei Laserplatten sind durch eine Spule verbunden und laden sich somit beide auf. Anschließend, wenn die Spannung ausreichend groß ist, kommt es zum Überschlag an den beiden Muttern, der „Funkenstrecke“. Durch den schnellen Spannungsabfall wirkt die Spule als großer Widerstand und die andere Platte entlädt sich somit nicht. Es liegt jetzt eine Spannung an den beiden Laserplatten an. Diese ist durch den geringeren Abstand verglichen mit der „Funkenstrecke“ sogar noch größer als die von außen angelegte Spannung. Die Laserplatten bilden mit der Alufolie einen Kondensator, weshalb große Ladungen zur Verfügung stehen. Abschließend kommt es entlang des „Laserkanals“ (Lücke zwischen den beiden Laserplatten) zu einer großen Zahl an Überschlägen.
Die genauere Funktionsweise beruht auf quantenphysikalischen Prozessen. Kurz gesagt wird der Stickstoff (Luft besteht zu 78% aus Stickstoff) angeregt und eine Besetzungsinversion geschaffen. Der Laserstrahl entsteht.
Der Begriff Laser ist eine Abkürzung für „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“. Diese Strahlungsquelle ist kohärent (konstante Phasenverschiebung der Welle), quasi-monochromatisch (genau definierte Frequenz der Welle) und scharf gebündelt, weshalb man den Punkt aus mehreren Metern Entfernung noch sehen kann.
Text und Bilder: Anna Maria Roth, Mandy Soblik (KS1, 2022/2023)