Der Übergang von Lampe zu Laser

Wir haben in der bisherigen Betrachtung gesehen, daß aus der Lasergleichung 11 folgt, daß oberhalb der Laserschwelle Laserlicht ausgestrahlt wird, jedoch noch nicht was unterhalb dieser geschieht. Aus der Lasergleichung folgt, daß dann nichts ausgesandt wird, aber wie wir aus Beobachtungen wissen, strahlen alle Lampen dann Licht aus. Etwas müssen wir also bisher außer Acht gelassen haben.
Hier müssen wir uns nun eingehend mit der schon erwähnten spontanen Emmission (Abschnitt 4.1) beschäftigen. Hierbei geschah der Rücksprung der einzelne Atome unter Aussendung einer Lichtwelle völlig unabhängig voneinander und mit beliebigen Phasenwinkeln $\Phi$. Die so entstandenen Wellen können nicht stabilisieren und klingen jede für sich rasch wieder ab.
Nun wissen wir, wieso unterhalb der Laserschwelle Licht ausgesandt wird, stehen aber vor einem neuen Problem: ``Wieso verhindert dieses mikroskopische Chaos nicht die makroskopische Ordnung des Lasers ¿`
Zunächst erweitern wir die Amplitudengleichung 15 um ein Glied mit dem wir die statistische Beeinflußung durch die spontane Emission beschreiben.

$$frac{dA}{dt}=F(A)+St\uml {o}\ss{}e$$ (35)

$$F(A)=(\beta*D_{0}-\alpha)*A-\frac{\alpha*\gamma}{\Delta W}*A^{3}$$

Diese Stöße erzeugen eine Auslenkung aus dem Potentialmimimum. Solche Auslenkungen erfahren stets eine von der Steilheit der Wände des Potentials abhängige Dämpfung. Betrachten wir die einzelnen unterschiedlichen G's:

• Bei $G<0$ (Abb. 7) überlagern sich die einzelnen abklingenden Wellen beliebig. Das ausgesandte Licht besteht aus einzelnen unkorrelierten Wellenzügen.

  Abbildung: $G<0$

  
• Bei G nur wenig kleiner als null (Abb. 8) folgt einer Auslenkung ein durch die Breite des Potentialminimums bedingter langer Ausschwingvorgang, allerdings wirkt die vielfach überlagerte Welle schon auf die Dipole ein. Das Lichtfeld ist jedoch noch nicht beständig.

  Abbildung: Bei G nur wenig kleiner als null

  
• Bei $G>0$ (Abb. 9) befindet sich das Lichtfeld in einem Potentialtopf, weshalb es eine stabile Auslenkung erhält. Die gleichbleibende Störung durch die spontane Emmission erzeugt nur noch ein ``Rauschen``.

  Abbildung: $G>0$

  

Mit Hilfe des Prinzips der maximalen Information kann man dieses im Detail untersuchen, indem man für die Lichtamplitude eine Verteilungsfunktion herleitet. Allerdings sei hierzu auf weitergehende Literatur (z.B. [1] und [3]) verwiesen.