Laserphysik - Skriptum zur Vorlesung Prof. Dr. Hans-J"org Kull Fraunhofer Institut f"ur Lasertechnik und Lehr- und Forschungsgebiet Laserphysik Institut f"ur Theoretische Physik A Rheinisch-Westf"alische Technische Hochschule Aachen 23. Februar 1998 Laserphysik WS 97/98, Prof. Dr. H.-J. Kull i Vorbemerkungen Voraussetzungen und Zielsetzungen: Die Vorlesung Laserphysik wendet sich an Physikstudenten nach dem Vordiplom sowie an Diplomanden und Doktoranden. Sie kann in Verbindung mit einer weiteren Vorlesung (V4), z.B. Plasmaphysik, als Wahlpflichtfach physikalischer Richtung f"ur die Diplompr"ufung gew"ahlt werden. Die Vorlesung soll in die physikalischen Grundlagen des Lasers einf"uhren. Ein wesentliches Ziel der Vorlesung besteht in der Herleitung und Diskussion der Grundgleichungen der semiklassischen Lasertheorie auf der Grundlage der quantenmechanischen Dichtematrixgleichungen f"ur Zweiniveausysteme. Erg"anzend werden klassische, quantenmechanische und statistische Eigenschaften des Lichtes behandelt. Skriptum zur Vorlesung: Das Skriptum zur Vorlesung darf ausschliesslich f"ur den eigenen privaten Gebrauch kopiert werden. Kopiervorlagen liegen im Kopierraum der Bibliothek der Physikalischen Institute und in der Handbuchbibliothek des Fraunhofer Instituts Lasertechnik aus. Ein Postskript-File des Skriptums ist im Internet unter http://www2.ilt.fhg.de/www/llp/skripten/skripten.html zug"anglich. Der Ausdruck darf grunds"atzlich nur auf eigene Kosten erfolgen. "Ubungen zur Vorlesung: Begleitend zur Vorlesung findet w"ochentlich eine 2-st"undige "Ubung statt, die der Vertiefung des Vorlesungsstoffes und der freiwilligen Selbstkontrolle dienen soll. Die" Ubungsaufgaben werden in einem Anhang zum Vorlesungsskriptum fortlaufend gesammelt. Dieser Anhang liegt zusammen mit dem Skriptum als Kopiervorlage bzw. als Postskript-File aus. Auf Wunsch kann die Teilnahme an der Vorlesung und an den "Ubungen durch einen Teilnahmeschein best"atigt werden. Literaturhinweise: Das Skriptum kann kein Lehrbuch ersetzen. Begleitend zur Vorlesung werden folgende Lehrb"ucher empfohlen: 1. P.W. Milonni, J.H. Eberly: Lasers (John Wiley & Sons, New York, 1988) 2. H. Haken: Licht und Materie (BI Wissenschaftsverlag, Mannheim, 1989) 3. R. Loudon: The Quantum Theory of Light (Clarendon Press, Oxford, 1983) 4. L. Mandel, E. Wolf: Optical coherence and quantum optics (Cambridge University Press, 1995) Laserphysik WS 97/98, Prof. Dr. H.-J. Kull ii 5. J.W. Goodman: Statistical Optics (John Wiley & Sons, New York, 1985) 6. J.Eichler, H.-J. Eichler: Laser (Springer-Verlag, Berlin, 1991) 7. F.K. Kneub"uhl, M.W. Sigrist: Laser (Teubner Studienb"ucher, Stuttgart, 1991) Masssysteme: In der Elektrodynamik sind 2 Masssysteme weit verbreitet, das SI-System und das Gausssche Masssystem. Das SI-System hat den Vorteil, dass man die numerischen Werte der physikalischen Gr"ossen unmittelbar in praktischen Einheiten (MKSA) angeben kann. Es empfiehlt sich daher besonders im Experiment und in der Computersimulation. In der Theoretischen Physik ist es zweckm"assig Variablensubstitutionen so vorzunehmen, dass die Gleichungen m"oglichst einfach und einpr"agsam ausschauen. Hierin liegt die St"arke des Gaussschen Masssystems. In diesen Einheiten besitzt z.B. das elektrische und das magnetische Feld dieselbe Dimension, so dass die Vereinheitlichung der Felder im elektromagnetischen Feldtensor sichtbar wird.