Mit dieser Simulation wird das Prinzip der Pulsentstehung eines Titan-Saphir-Lasers veranschaulicht. [br][br]Im Resonator des Lasers können stehende Wellen bzw. Moden sowie deren Überlagerung animiert werden. Die Moden im Resonator des Lasers kann man sich genauso wie die Moden einer schwingenden Gitarrensaite vorstellen.[br][br]Die Simulationsaufgaben erarbeiten systematisch verschiedene Konzepte und Zusammenhänge.

[list][*]Mit [b][i]Start/Stopp[/i][/b] kann die Animation gestartet und angehalten werden.[/*][/list][list][*]Die [b][i]Resonatorlänge[/i][/b] kann mit dem Schieberegler verändert werden.[/*][*]Es können sowohl die [b][i]einzelnen Moden [/i][/b]als auch ihre [b][i]Überlagerung[/i][/b] angezeigt werden.[/*][*]Mit [math]n_{min}[/math] und [math]n_{max}[/math] kann die kleinste und größte Mode eingestellt werden. Um die Einstellung zu aktivieren, muss anschließend die Schaltfläche [b][i]Ok[/i][/b] angeklickt werden.[/*][*]Mit dem Kontrollkästchen [b][i]Auskopplung[/i][/b][i][b] [/b][/i]kann auf der rechten Seite der nach rechts laufende Anteil der Resonatorwelle wie das Licht eines Lasers ausgekoppelt werden. [/*][*]Bei Aktivierung des Kontrollkästchens [b][i]Frequenzdarstellung[/i][/b], werden die Moden in einem Frequenzdiagramm unterhalb des Resonators dargestellt. Die Amplitude einer Mode mit der Maus verändert werden. Hierzu verschiebt man den Kreis am oberen Ende einer "Frequenzlinie". [/*][*]Mit dem Kontrollkästchen [b][i]Modenkopplung[/i][/b][i][b] [/b][/i]kann die Kopplung aller Moden ein- und ausgeschaltet werden. Bei eingeschalteter Modenkopplung schwingen alle Moden Phasengleich. Dies bedeutet, dass alle stehenden Wellen gleichzeitig ihren Nulldurchgang haben. Ist die Modenkopplung ausgeschaltet, bekommt jede Mode eine zufällig generierte Phase zugeteilt und es findet kein gemeinsamer Nulldurchgang statt. Um die Einstellung der Modenkopplung zu aktivieren, muss anschließend die Schaltfläche[b][i] Ok[/i][/b] angeklickt werden.[br][/*][/list][br]Die Frequenzen und Geschwindigkeiten entsprechen nicht der Realität, sie wurden so angepasst, dass die Vorgänge innerhalb des Resonators möglichst anschaulich dargestellt werden können.

[list=1][*]Betrachten Sie die [b][i]einzelnen Moden [/i][/b]sowie ihre [b][i]Überlagerung[/i][/b].[br]Versuchen Sie die Entstehung des im Resonator hin- und herlaufenden Pulses nachzuvollziehen. Variieren Sie auch die aktiven Moden. Hierzu verändern Sie [math]n_{min}[/math] und [math]n_{max}[/math] und klicken dann auf [i]Ok[/i].[/*][*]Beobachten Sie, welchen Einfluss die [b][i]Modenkopplung [/i][/b]auf die einzelnen Moden sowie auf die Überlagerung der Moden hat. Schalten Sie hierzu die Modenkopplung aus und klicken Sie dann auf [i]Ok[/i]. [br]Aktivieren Sie für die nächsten Aufgaben wieder die Modenkopplung und klicken Sie dann auf [i]Ok[/i].[/*][*]Schalten Sie die [i][b]Auskopplung [/b][/i]der Lichtwellen aus dem Resonator ein. Beobachten Sie, wie ein Teil der nach rechts laufenden Lichtwellen den Resonator verlässt. Bei einem echten Laser werden die Lichtwellen im Resonator durch einen Spiegel mit einer sehr geringen Transmission (Durchlässigkeit) ausgekoppelt, sodass ein sehr geringer Teil des Lichts den Resonator als „Laserstrahl“ verlässt.[br][/*][*]Wenn man die [b][i]Resonatorlänge [/i][/b]verändert, wird die Schwingung im Resonator schneller (kleiner Resonator) bzw. langsamer (großer Resonator). Was verändert sich dabei: die Geschwindigkeit der Wellen oder ihre Frequenz?[/*][*]Aktivieren Sie die [b][i]Frequenzdarstellung [/i][/b]und überprüfen Sie Ihre Antwort auf die letzte Frage. Jede Welle im Resonator ist hier durch eine Linie der gleichen Farbe dargestellt. Die Linien sind nach rechts entsprechend der Frequenz der Welle eingezeichnet, die Länge der Linie entspricht der Amplitude der Welle.[/*][*]Die [b][i]Pulswiederholungsfrequenz[/i][/b] [math]f_r[/math] ist die Frequenz, mit der sich der ausgekoppelte Puls wiederholt. Bezeichnen wir den zeitlichen Abstand zwischen zwei Pulsen mit [math]\tau[/math], dann ist die Pulswiederholungsfrequenz durch [math]f_r=\frac{1}{\tau}[/math] gegeben.[br]Probieren Sie aus: Wie wirkt sich die Resonatorlänge auf [math]f_r[/math] aus? Wie wirkt sich die Modenauswahl ([math]n_{min}[/math] und [math]n_{max}[/math]) auf [math]f_r[/math] aus?[br]Vermuten Sie: Wo könnte [math]f_r[/math] in der Frequenzdarstellung zu finden sein?[br][/*][*]Verändern Sie die Amplituden der einzelnen Moden, indem Sie die Höhe der Linien in der Frequenzdarstellung verschieben. Versuchen Sie dabei einen möglichst [b][i]klaren, rauscharmen Puls [/i][/b]zu erzeugen, sodass die Schwingungen zwischen den Pulsen möglichst verschwinden. Verwenden Sie dazu möglichst viele Moden. Wie sieht ein möglichst klarer Puls in der Frequenzdarstellung aus?[br][/*][/list]