Rolle des Heliums beim Helium-Neon-Laser oder: Metastabilität

[Alexander Erlich]

Hallo,

ich weiß, dass beim He-Ne-Laser die Inversion der Besatzungszahlen
dadurch passiert, dass Helium-Atome, welche sich auf metastabilen
Zustäden befinden, bei Stößen ihre Energie an Neon-Atome abgeben,
welche durch stimulierte Emission (u.a.) das typische rote Licht
aussenden. Jetzt frage ich mich aber, warum man den Laser nicht auch
ohne Helium, sondern nur mit Neon, bauen kann. Warum kann man durch
Gasentladung nicht die Neon-Atome direkt die Metastabilen Zustände
versetzen?

Was genau heißt metastabil bei Neon und Helium? Ich habe die Zahlen
gefunden, dass Elektronen in He-Atomen im Schnitt 10^(-8)s bis 10^(-9)s
im angeregten Zustand; im "metastabilen" hingegen 10^(-7). Das ist eine
maximale "Verlängerung" des Aufenthalts der Elektronen auf höheren
Energieniveaus vom Faktor 100.
Sind diese Angaben korrekt?
Könnt ihr mir auch Zahlen fürs Neon nennen?

Gruß
Alexander

[Hans-Bernhard Bröker]

Post by Alexander Erlich
Was genau heißt metastabil bei Neon und Helium?

Das selbe wie sonst auch: "nicht wirklich stabil, aber stabiler als
normal". Ein Bleistift, den jemand gekonnt in der offenen Hand auf der
Spitze balanciert, ist z.B. metastabil: er bleibt länger stehen als auf
einem Tisch, aber irgendwann macht der Jongleur einen Fehler oder
schläft ein, und dann fällt er doch um.

[Roland Damm]

Moin,

Post by Alexander Erlich
ich weiß, dass beim He-Ne-Laser die Inversion der Besatzungszahlen
dadurch passiert, dass Helium-Atome, welche sich auf metastabilen
Zustäden befinden, bei Stößen ihre Energie an Neon-Atome abgeben,
welche durch stimulierte Emission (u.a.) das typische rote Licht
aussenden. Jetzt frage ich mich aber, warum man den Laser nicht auch
ohne Helium, sondern nur mit Neon, bauen kann. Warum kann man durch
Gasentladung nicht die Neon-Atome direkt die Metastabilen Zustände
versetzen?

Ich hab den HeNe-Laser jetzt nicht genau im Kopf. Aber es kommt bei
sowas auch immer auf den Energiezustand an, den den das aktive Medium
(hier Neon deiner Aussage nach) nach der Laseremission bekommt.
Wichtig ist: Dieser Zustand muss dünner besetzt sein als der obere.
Wenn du Neon alleine thermisch anregst, wird sich keine Inversion
einstellen, da der untere Zustand eben häufiger angeregt wird als der
obere.

Das zusätzliche Gas wird dazu gebraucht, dass es nämlich Energie an
den oberen Laserzustand des Lasermediums abgibt, nicht jedoch an den
unteren. Dadurch erst kommt die Besetzungsinversion zustande. Dazu
braucht man ein Gas, was ein Energieniveau hat welches dem oberen
angeregten Zustand des Lasermediums entspricht, was aber keinen
Energiezustand hat, der dem unteren Niveau entspricht.

CU Rollo