Sichtbare Lasereffekte bei Lasern

Sichtbare Lasereffekte bei Laserpointern

Laserlicht wird durch die so genannte stimulierte Emission erzeugt, das bedeutet praktisch Folgendes: Ein Photon trifft aus ein Atom und stimuliert dieses Atom, ein weiteres Photon auszusenden. Dieses zweite Photon ist quasi eine Kopie des ersten. Es weist dieselbe Richtung auf, dieselbe Wellenlänge und auch dieselbe Phase. Letztgenanntes bedeutet, dass beide Lichtwellen absolut synchron schwingen, die Lichtwellen also an denselben Stellen Wellenberge und –täler aufweisen. Dieser Vorgang wiederholt sich im Laserpointer oft, aus einem Photon werden also zwei, aus zwei vier, aus vier acht und so weiter. So entsteht ein intensiver Lichtstrahl, der aus zahlreichen einzelnen Wellenzügen besteht, die alle parallel ausgerichtet sind und synchron schwingen. Dies bezeichnet man als Kohärenz der Strahlung.

Kohärenz bewirkt neuartige optische Effekte

Bei normalem (nicht kohärentem) Licht sind die Wellenberge und –täler der einzelnen Lichtwellen zufällig verteilt, bei kohärentem Licht sind sie synchronisiert. Das hat eine grundlegende Auswirkung, die für zahlreiche spezielle optische Phänomene des Laserlichts verantwortlich ist: Plötzlich macht es einen gravierenden Unterschied, ob sich ein Gegenstand, auf den das Laserlicht trifft, eine viertel Wellenlänge weiter vorne oder weiter hinten befindet. In einem Fall treffen ihn nur Wellenberge, im anderen nur Wellentäler. Genau das ist die zusätzliche Information, die bei der Holographie genutzt wird, um dreidimensionale Bilder zu erzeugen. Außerdem können sich zwei kohärente Lichtwellen gegenseitig auslöschen, wenn sie um eine halbe Wellenlänge verschoben sind. So erklären sich beispielsweise Interferenzmuster, wenn Laserlicht durch einen dünnen Spalt fällt. Dahinter gibt es abwechselnd helle und dunkle Streifen. Auch die körnigen Muster, die Laserpointer auf rauen Oberflächen verursachen (Specklemuster) erklären sich so.

Warum sieht man einen Laserstrahl?

Wenn Laserlicht absolut parallel strahlt, wieso kann man dann einen Laserstrahl von der Seite sehen? Welches Licht erreicht eigentlich das Auge? Das ist das Licht, das an den Luftmolekülen gestreut wird! Diese so genannte Rayleigh-Streuung ist umso intensiver, je kürzer die Wellenlänge des Lichts ist. Deswegen lenkt die Atmosphäre übrigens vorzugsweise die blauen Anteile des vorbeistrahlenden Sonnenlichts zur Erdoberfläche ab, weswegen der Himmel blau erscheint.