Sonnenlaser

Ein Laser besteht aus einem Resonator (im einfachsten Fall 2 Spiegel), einem Lasermedium und einem Energiespender zum Anregen des Mediums, die "Pumpe". Der Sonnenlaser ist ein direkt durch Sonnenlicht gepumpter Dauerstrich-Festkörperlaser. Damit ein Laserkristall direkt mit Sonnenlicht gepumpt werden kann, wird ein geeignetes optisches System benötigt. Das Sonnenlicht wird mit einer ca. 1,3 m2 großen Fresnellinse konzentriert und über eine Kombination von Linsen in eine Multimode-Glasfaser eingekoppelt.

Zum Pumpen des Laserkristalls kann nur ein geringer Teil des Sonnenspektrums verwendet werden. Darum wird das Spektrum im Linsensystem in zwei Stufen gefiltert, um nur die Pumpwellenlänge von 808 nm in die Glasfaser einzukoppeln. Die erste Stufe befindet sich direkt an der Fresnellinse. Durch eine rote Folie werden ca. 50% des Spektrums gefiltert. Die zweite Stufe befindet sich vor der Einkopplung in die Glasfaser. Der verwendete Filter lässt nun nur noch einen schmalen Bereich um die benötigte Pumpwellenlänge von 808 nm hindurch. Die Glasfaser leitet das Licht zu einem Tisch auf dem der Laseraufbau positioniert ist. Der Laser wird durch den Einkoppelspiegel axial gepumpt. Dazu wird das gefilterte Sonnenlicht nach der Auskopplung aus der Glasfaser genau in das aktive Medium fokussiert. Als aktives Medium wird ein Nd:YAG-Kristall verwendet. Der Neodymlaser ist der populärste Festkörperlaser. Y3Al5O12 ist ein harter, kubischer Wirtskristall, der eine gute optische Qualität und eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Für die Realisierung eines Nd:YAG-Laser werden ca. 1% der Y3+-Ionen durch Nd3+-Ionen ersetzt. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich der Kristall besonders gut für das kontinuierliche Pumpen mit Sonnenlicht. Der wichtigste Laserübergang des Kristalls emittiert Strahlung der Wellenlänge 1064 nm.

Da es wünschenswert ist, die Strahlung auch wirklich sehen zu können, soll mittels Erzeugung der zweiten Harmonischen innerhalb des Resonators für das menschliche Auge sichtbares Laserlicht der Wellenlänge 532 nm erzeugt werden. Damit für das optische Pumpen des Kristalls genügend Energie zur Verfügung steht, ist es notwendig den Aufbau nach dem gegenwärtigen Sonnenstand auszurichten. Dazu wird der Aufbau auf einem computergesteuerten Teleskopstativ angebracht. Nachdem das Stativ korrekt ausgerichtet ist, ermöglicht es eine genaue Ausrichtung und Nachführung Richtung Sonne.