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Farbstofflaser

Ein Farbstofflaser ist eine Laser-Lichtquelle, in der als optisch aktives Medium ein spezieller Fluoreszenzfarbstoff verwendet wird. Die dabei als Laserfarbstoffe eingesetzten Flüssigkeiten sind chemisch teilweise sehr unterschiedlich, um den Spektralbereich von nahem UV bis ins nahe IR abzudecken. Jeder einzelne Farbstoff deckt dabei einen spektralen Bereich von typischerweise 30 - 60 nm ab. Farbstofflaser besitzen innerhalb ihres Resonators ein dispersives Element (z.B. ein Gitter oder Etalon), mit dem eine Wellenlänge dieses Spektralbereichs ausgewählt wird, die dann verstärkt wird. Durch Verstellen des dispersiven Elements wird der Farbstofflaser über oben genannten Spektralbereich durchstimmbar. Farbstofflaser können sowohl im Dauerstrich- als auch im Pulsbetrieb eingesetzt werden.

In der Regel wird der Farbstoff in einem Lösungsmittel gelöst und entweder durch eine Küvette gepumpt oder mittels einer schlitzförmigen Düse ein Freistrahl in Form einer planparallelen Platte erzeugt. In der Küvette bzw. im Freistrahl wird der Farbstoff optisch angeregt. In der Regel geschieht dies mit einem Pumplaser (z.B. Argonlaser, frequenzverdoppelte Nd:YAG-Laser, Excimer-Laser), seltener mittels Blitzlampen. Das Umpumpen des Farbstoffs ist notwendig, weil die Farbstoffmoleküle im Lichtfeld ihre Struktur verändern können (sogenanntes Ausbleichen). Daher ist es zum stabilen Betrieb des Lasers auch notwendig, die Farbstofflösung in regelmäßigen Abständen auszuwechseln.

Das Bild zeigt einen Farbstofflaser mit dem Farbstoff Rhodamin 6G. Die Anregungsquelle ist hier ein grün emittierender Festkörperlaser (frequenzverdoppelter Nd:YAG-Laser). Dieser regt den in einem Freistrahl umgepumpten Farbstoff zur Fluoreszenz an. Das emittierte Laserlicht des im Bild gezeigten Lasers hat eine Wellenlänge von ca. 550 - 600 nm.

Das wichtigste Einsatzgebiet der Farbstofflaser ist die Laserspektroskopie; durch die abstimmbare Wellenlänge können z. B. Zusammensetzung, Temperatur und Strömung von Gasen untersucht werden.

Geschichte

Der Farbstofflaser wurde im Sommer 1966 von Fritz P. Schäfer erfunden. Es war eine Zufallsentdeckung: Das Laserlicht aus einem Rubinlaser wurde auf eine Glasküvette mit einem Fluoreszenzfarbstoff geschickt. Die Reflexion der Glas-/Luft-Grenzfläche (etwa 4 Prozent Reflexion) reichte aus, um in der Küvette "lasing" anzuregen.

Wenig später gelang es Theodor W. Hänsch durch Einbau frequenzselektiver Elemente, den Farbstofflaser für die Spektroskopie zu nutzen und damit zu einem der wichtigsten Instrumente in der Atomphysik zu machen.

Die Bedeutung von Farbstofflasern hat in den letzten Jahren zugunsten anderer durchstimmbarer Lasersysteme abgenommen. Insbesondere leicht zu bedienende, durchstimmbare Diodenlaser, Titan:Saphir-Laser im roten Spektralbereich oder flexible synchrongepumte OPO (optisch parametrischer Oszillator)-Systeme sind hier zu nennen.