Man berechne Frequenzen und Wellenlängen bzw

Prof. M. Bauer
Physik IV SS 08
Übungsblatt 2
Besprechung: Mi, 30.04.2008
5. Schwellwertbedingung
a) Wie groß ist die relative Absorption einer Lichtwelle pro Zentimeter Weglänge bei einer
Übergangswahrscheinlichkeit Aik=1108 s-1 und einem Gasdruck p = 1 mbar, wenn sich
im Zustand Ek 10-6 Atome befinden.
b) Wie groß muss die Inversion Ni - Nk sein, damit auf einer Länge L = 20 cm des aktiven
Mediums die Schwelle zur Laseroszillation erreicht wird, wenn die Verluste pro Umlauf
10% betragen.
6. Spitzenleistung gepulster Laser
In der Vorlesung wurde erwähnt, dass heutzutage mit gepulsten Lasern SpitzenLichtleistungen von 1015 W erzielt werden können. Berechnen Sie, welchen maximalen
Feldstärken diese Leistung entspricht, falls der Laserstrahl auf einen Durchmesser von 50
μm fokussiert wird. Vergleichen Sie dieses Ergebnis mit den Feldstärken, die die
Sonnenstrahlung auf der Erde erzeugt und mit typischen Feldstärken, mit denen ein Elektron
an ein Atom gebunden wird.
7. Sonne, Laser und Auge
Das intensive Licht eines Lasers kann die Retina des Auges und damit seine Sehfähigkeit
partiell oder komplett zerstören. In diesem Zusammenhang ist es hilfreich, die Wirkung eines
Lasers mit der Wirkung des Sonnenlichtes auf das Auge zu vergleichen. Dazu sollen in
dieser Aufgabe die auf die Retina auftreffenden Strahlungsintensitäten (Lichtleistung/m2) bei
direktem Blick in die Sonne bzw. in einen Laserstrahl abgeschätzt werden.
a) Um die Intensität des auf die Retina eintreffenden Sonnenlichtes zu berechnen, soll
folgendermaßen vorgegangen werden:
- Zunächst soll die durch das Bild der Sonne beleuchtete Fläche auf der Retina
bestimmt werden. Gehen Sie dabei davon aus, dass die Sonne dem Betrachter unter
einem Blickwinkel von 10 mrad erscheint und der Durchmesser des Augapfels
25 mm beträgt.
- Die auf diese Fläche auftretende Leistung (und damit die auftreffende
Strahlungsintensität) ergibt sich aus der Strahlungsintensität der Sonne auf der
Erdoberfläche (etwa 100 mW/cm-2) und der Irisöffnung des Auges bei direktem Blick in
die Sonne (Durchmesser: 2 mm).
b) Gehen Sie im Falle des Lasers von einem kontinuierlich emittierenden Helium-Neon
Laser mit einer Leistung von 1 mW aus. Hier trifft der kollimierte Strahl mit einem
Durchmesser dLaser von 2 mm auf die fast völlig geöffnete Iris (Durchmesser 7 mm – das
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Übungsblatt 2
rote Laserlicht nimmt das Auge nicht als allzu hell wahr!). Der kollimierte Strahl wird
dabei auf ein
Fleckgröße mit dem Durchmesser dRetina auf die Retina fokussiert, der im Rahmen der
Gaußschen Strahlenoptik abgeschätzt werden kann:
dRetina=4λf/πdLaser
f ist dabei die Fokuslänge der Linse des Auges (=Durchmesser des Augapfels) und λ die
Wellenlänge des einfallenden Laserlichtes.
Was schließen Sie aus dem Ergebnis, wenn Ihnen bekannt ist, dass die Betrachtung einer
Sonnenfinsternis ohne Augenschutz zu permanenten Sehschäden bis hin zur Erblindung
führen kann.