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WiSe 21/22: Laser, Synchrotron and FEL

Matthias Neeb

Information for students

für Studierende des Bachelor- und Master-Studienganges Chemie (ab 1. Fachsemester)>
Unverbindliche Anmeldung per E-Mail erbeten an matthias.neeb@helmholtz-berlin.de

Am Ende der Vorlesung wird die Moeglichkeit der Besichtigung des BESSY-Synchrotron angeboten.

Bachelor/Master Chemie (2013):
Teil des Moduls "Berufsfeldorientierung" (ABV im Bachelor)
Teil des Moduls "Moderne Akspekte der Chemie" (Master)
Die bestandene Klausur ist die aktive Teilnahme

Bachelor/Master Chemie (2002):
Leistungsnachweis: Klausur, 3 Leistungspunkte bei bestandener Prüfung.

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Kurzzusammenfassung der Vorlesung:
Laser bestimmen unseren Alltag: im Supermarkt, beim Drucken, beim Musikhören, bei der Kommunikation, beim Vermessen, beim Präsentieren, bei der Materialbearbeitung, und in der Medizin. Darüberhinaus werden in den modernen Labors von heute Hochleistungslaser genutzt, um mit extrem hohen Intensitäten bei sonst nicht erreichbaren elektrischen Feldstärken ganz neue Experimente zu machen. Die Entwicklung von Ultrakurzzeitlasern läßt photographische Schnappschüsse auf der Zeitskala von chemischen Reaktionen zu. Neuartige Konzepte der Beschleunigertechnologie und die Kombination mit der Femtosekunden-Lasertechnologie erlauben erstmals die Erzeugung von ultrakurzem, durchstimmbarem Röntgenlaserlicht, welches z.B. für die Strukturaufklärung von biologischen Substanzen und Nanopartikeln genutzt werden kann. Die kaum zu übersehende Vielfalt an Anwendungen und Laserarten ist Gegenstand der Vorlesung und vermittelt grundlegende Einblicke in die verschiedenen Lasertypen, gibt praktische Tipps für den Umgang mit Lasern im Labor und erklärt anhand von Beispielen das vielfältige Anwendungspotenzial von Lasern in Wissenschaft und Technik.

Inhaltsangabe (Vorlesung 1-11, 90 min)
Vorlesung 1 (Di, 23.10.12 Raum 25.20, 12-13.30 s.t.) ¡E Absorption und Emission von Licht (stimuliert, spontan, Schwellwertbedingung fur Verstarkung, spektrale Linienbreite) ¡E Einsteinkoeffizienten (A12, B12, B21)
Vorlesung 2 ¡E Laser-Resonator (Art, longitud. & transv. Moden, Grundmode TEM00) ¡E Strahlausbreitung (Gausstrahl, Strahltaille, Divergenz, M2, Strahlparameterprodukt) ¡E Fokussierung eines Gaus-Laserstrahls
Vorlesung 3 ¡E Lasertypen: Mehr-Niveau-Laser: 2-,3-,4-Niveau-Laser Gaslaser (HeNe, Ar+, Excimer) ; IR-Laser (Molekullaser), Farbstofflaser (Dye)
Vorlesung 4 ¡E Festkorperlaser (Rubin; Nd:YAG; Ti:Sa) ¡E Diodenlaser (GaAs, GaN; indirekte u. direkte Bandlucke; Bauformen von Diodenlasern)
Vorlesung 5 ¡E Guteschaltung (Erzeugung leistungsstarker Lichtpulse im GW-Bereich): Doppelbrechung, Pockelszelle ¡E Frequenzvervielfachung (Nichtlineare Optik und Erzeugung hoherer harmonischer Frequenzen der Grundwelle) ¡E Dielektrische Laserspiegel
Vorlesung 6 ¡E Femtosekundenlaser (Modenkopplung; Wellenpakete, fs-Oszillator, fs-Verstarker, Autokorrelation)
Vorlesung 7 ¡E Niedrigleistungsanwendungen von Lasern im kommerziellen Bereich (CD, Drucker, Scanner, Abstandsmessung, Datenubertragung/Photonik, Medizin, Materialbearbeitung) ¡E Laser-Sicherheitsklassen (Klasse 1-4); Kennzeichnung von Laser-Schutzbrillen Vorbesprechung zur Vorlesung PC2.2, LV 21346; Laser, Synchrotron und FEL: Grundlagen und Anwendungen
Vorlesung 8 ¡E Synchrotronlicht (Erzeugung u. Eigenschaften; Rontgenlicht; relativistische Elektronen, relativistischer Faktor ƒ×, Dipolstrahlung)
Vorlesung 9 ¡E Wiggler und Undulatoren; (Undulatorgleichung; Brillianz, K-Wert (Undulatorparameter/Ablenkparameter)) ¡E Rontgen-Strahlrohre und Messplatze
Vorlesung 10+11 ¡E Freie-Elektronen-Laser FEL (Low-gain, High-Gain FEL¡¦s, Microbunching ¡E Allg. Ubersicht uber Anwendungen von Synchrotron- und FEL Strahlung close