Der Quantenoptik-Schulversuch ist als Grundversuch zum besseren Verständnis der
Funktionsweise eines Lasers – oder genauer zur Erzeugung der für einen Laserbetrieb
notwendigen Besetzungsinversion - gedacht, da nach 61 Jahren Laser dieser inzwischen
zwar in allen Lebensbereichen Verwendung findet, aber von den Wenigsten in seiner
Funktionsweise richtig verstanden und im Schulunterricht nur äußerst eingeschränkt
behandelt wird. Obwohl bereits mehrfach einfache Rechenaufgaben zum Laser im Abitur
vorkamen, gibt es zum Laser bisher keine geeigneten Experimente im Physikunterricht. Im
Versuch wird das An- und Abklingen der Fluoreszenz des metastabilen Laserniveaus bei
unterschiedlichen Anregungsbedingungen untersucht und mit dem Schuloszilloskop
vermessen und darüber hinaus wird mittels eines einfachen Gitterspektrometers das - gut
vereinfacht darstellbare - Energieniveauschema des Rubins ermittelt. Gleichzeitig wird
gezeigt, dass z.B. Farbstofflumineszenz viel, viel schneller ist und daher ihr An- und
Abklingen unter den im Experiment verwendeten Bedingungen quasi instantan der
Anregung folgt.

Dieses Experiment verknüpft viele der im Lehrplan sonst einzeln „verorteten“ Themen, wie
z.B. die quantenhafte Absorption und Emission, spontane Emission, Fluoreszenz,
Strahlen- und Wellenoptik, optische Abbildungen, Beugung und Interferenz am Gitter,
Spektren und Farbfilter, Farbzerlegung und Farbmischung, Exponentialfunktion und
Halbwertszeit. Die notwendige Mathematik beschränkt sich auf die des Auf- und Entladen
eines Kondensators. Der Versuch wurde im Unterricht in der Oberschule Findorff in
Bremen inzwischen erfolgreich mit Schülern der 12. Jahrgangsstufe erprobt und dessen
weitere Evaluierung wird von der WE-Heraeus Stiftung gefördert.

 

Versuchsaufbau von oben mit verschiedenen Farbfiltern und optischen Gittern.

Kontakt

Ilja Rückmann, Robert Arndt
Bardowickstr. 156
28329 Bremen

https://lehrmittel-musterbau.de