Workshop Laserphysik und Laserexperimen­te

Datum: 17.07.2026
Zeit: von 9:20 bis 12:00
Ort: REC B214

Die Anmeldung ist bis zum 16.07.2026 auf OPAL möglich. Die Teilnehmendenzahl ist auf 50 Personen begrenzt.

Der Workshop zur Laserphysik findet in Verbindung mit der Posterpräsentation im Grundpraktikum 3 statt und richtet sich an Physikstudierende aller Semester sowie an interessierte Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus Forschung und Lehre. Im Workshop sprechen die Entwickler des Rubin-Ausbildungslasers der Klasse 1 zu spannenden Aspekten der Laserphysik. Mit dem Laserkreisel wird eine weit verbreitete, jedoch wenig bekannte Anwendung des HeNe-Lasers vorgestellt. Außerdem werden die physikalischen Grundlagen für die Realisierung von Lasern, die ein diskretes oder ein kontinuierliches Spektrum emittieren können, diskutiert. An die theoretischen Grundlagen schließt sich die Demonstration und das Ausprobieren des HeNe-Laserkreisels sowie der Festkörperlaserexperimente an.

Abstracts

Der Helium-Neon Laserkreisel

Dr. Walter Luhs, Ingenieurbüro Dr. Walter Luhs, Eschbach

Vortrag

Obwohl in vielen Lehrbüchern der Helium Neon Laser in die Bedeutungslosigkeit verbannt wird, um so überraschender ist die Tatsache, dass ohne HeNe Laser keine Flugzeuge fliegen, keine Schiffe fahren und keine Landfahrzeuge ihren Weg finden. In jedem Fortbewegungsmittel, das eine Navigation erfordert sind mindestens 3 HeNe Laserkreisel eingebaut. Da ein GPS-System leicht gestört, oder sogar abgeschaltet werden kann, bietet es nicht die notwendige Sicherheit, um sicher das Ziel zu erreichen.

Daher müssen alle diese Transportmittel ein inertiales Navigationssystem besitzen, hier kommt der Helium Neon Laserkreisel zum Einsatz. Es gibt keine verlässlichen Zahlen, wieviel weltweite Transportmittel -zivil und militärisch- unterwegs sind.

Die Passagierzahlen im zivilen Luftverkehr haben sich von 400 Millionen im Jahr 1973 auf 4,5 Milliarden im Jahr 2019 mehr als verzehnfacht Bis zum Jahr 2040 werden sich die Zahlen voraussichtlich noch einmal Verdoppeln [1]. Und es sind „Allgemeine Luftfahrt (General Aviation): Mehr als 340.000 Flugzeuge weltweit“ im Einsatz.

Da jedes Flugzeug 3 Laserkreisel besitzt und 3 als Einsatzreserve, so sind allein im zivilen Sektor über 2 Millionen Helium Neon Laserkreisel im Einsatz und sorgen dafür das 4,5 Milliarden Menschen sicher ans Ziel kommen.

In diesem Beitrag wollen wir einen interessanten Praktikumsversuch vorstellen, der die Physik und Wirkungsweise eines Laserkreisels „begreifbar“ macht. Ausgehend vom berühmten Michelson Morley Experiment, das die Äthertheorie widerlegte und Sagnac glaubte seinen Lichtkreisel als Experimentum crucis zugunsten des Äthers ansehen zu können und schließlich Michelsons gigantischen Lichtkreisel, der Sagnacs Ideen wieder zunichtemachte.

Experimenteller Teil

In dem Praktikumsversuch werden wir einen Helium Neon Laserkreisel mit 3 Spiegeln aufbauen und justieren. Wir zeigen die Interferenz der beiden entgegengesetzt umlaufenden Moden des ruhenden Laserkreisels und diskutieren den Lock-In Effekt. Der Laserkreisel wird mit definierter Drehzahl in Drehung versetzt und die Beatfrequenz der umlaufenden Moden mit einem Oszilloskop gemessen und dargestellt. Die Ergebnisse zeigen den linearen Zusammenhang zwischen der Drehrate und der Beatfrequenz und zeigen die Lock-In Schwelle.

Referenzen:
1.      Luftverkehr – Wikipedia 06.01.2026

Sichere, aber unterschiedliche »bunte« Experimentallaser – Festkörperlaser mit diskreten Linien und durchstimmbare Farbstofflaser

Ilja Rückmann (U Bremen) und Walter Luhs (Eschbach)

Vortrag

Im Mai 1960 wurde der allererste, von Theodore Maiman entwickelte Laser der Öffentlichkeit vorgestellt. Obwohl sich inzwischen Laser zu einem der wichtigsten quantenoptischen Werkzeuge entwickelt haben, stehen erst jetzt für die experimentelle Physikausbildung sichere Experimental-Laser zum Erlernen der Funktionsweise zur Verfügung. Neben dem Rubin-Experimental-Laser, der bereits im Grundpraktikum der TU Dresden eingesetzt wird, ist seit 2025 nun auch der »bunte« Pr:YLF Vier-Niveau Experimental-Laser für den Einsatz in Gymnasien, berufsbildende Schulen und Praktika verfügbar. Er besitzt einen semikonfokalen Resonator mit wechselbarem Einkoppelspiegel, um Laserbetrieb auf drei Wellenlängen (grün, orange und rot) zu ermöglichen. Das bewährte Sicherheitskonzept (Führung des Strahls im Plexiglasrohr, EPROM-Codierung der Steckelemente, Kamerabeobachtung des Strahlprofils) wurde übernommen und entsprechend erweitert.

Im Vortrag werden beide Laser, ihr Aufbau, ihr Sicherheitskonzept, mögliche Experimente und Aufgabenstellungen beschrieben. Diese können variiert und inhaltlich dem Stand der Vorkenntnisse der Lernenden angepasst werden, beginnend von der Lebensdauermessung über Resonator-Justage bis hin zur Rolle der komplexen dielektrischen Funktion beim Wellenlängenwechsel. Darüber hinaus werden vor allem ausführlich die physikalischen Grundlagen besprochen und einige spannende historische Aspekte aus der Realisierungsphase des ersten Lasers durch Maiman erwähnt.  

Eingegangen wird vor allem auf Fragen, wie ändern sich beim Einsetzen des Laserprozesses Linienbreiten, Fluoreszenzlebensdauern? Wie entsteht der Laserstrahl? Wie spektral scharf sind Laserlinien? Kann jedes Element ein aktives Laser-Medium sein? Wie erreicht man eine Besetzungsinversion? Warum ist ein Vier-Niveausystemen geeigneter? Wie misst man die Lebensdauer des metastabilen Niveaus? Wie wird aus stimulierter Emission Laserstrahlung? Was bewirkt der Resonator? Warum verwendet man semikonfokale Resonatoren? Wie beeinflusst seine Güte Linienbreite, Moden und Strahlgeometrie? Wie werden Resonatoren spektral selektiv, also schmalbandig? Wie arbeiten dielektrische Spiegel? Warum muss man beim Spiegelwechsel, um eine andere Wellenlänge zu erhalten, die Resonatorlänge nicht nachjustieren? Wie funktioniert die Selbstoptimierung der Resonatorlänge? Kann man einen Laser auch kontinuierlich durchstimmen?   

Experimenteller Teil

Experimentieren mit dem Pr:YLF Laser und dem Rubin-Laser