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Grundlegendes zur Lasertechnik
Der physikalische Begriff Laser bedeutet übersetzt die Verstärkung von Licht durch eine stimulierte Emission von Strahlung. Durch diese Stimulation entstehen elektromagnetische Wellen, welche sich durch eine hohe Intensität, eine große Kohärenzlänge und einen monochromatischen, gebündelten Strahl auszeichnen.Ein Laser besteht im Wesentlichen aus drei Bestandteilen:
- Im sogenannten aktiven Medium werden Moleküle oder Atome angeregt und es entsteht elektromagnetische Strahlung in Form von Photonen.
- Die Anregung der Moleküle oder Atome findet mithilfe der Pumpe durch die Einführung von Energie in Form von beispielsweise der Einstrahlung von Licht oder der Einführung von elektrischem Strom statt.
- Der Resonator sorgt dafür, dass lediglich Photonen mit gleichem Impuls und gleicher Energie im aktiven Medium erzeugt werden. Dies wird in den meisten Anwendungen durch die Anordnung von je einem Spiegel vor und hinter dem aktiven Medium realisiert.
Mehr als vier Jahrzehnte Entwicklungszeit – Die Geschichte der Lasertechnik
Die ersten theoretischen Grundlagen für den Laser wurden bereits durch Albert Einstein Anfang des 20. Jahrhunderts mit dem Prinzip der stimulierten Emission aufgestellt. Er verfasste zahlreiche Theorien über das Phänomen Licht und Lichtteilchen. Unter anderem war ein Ergebnis seiner Überlegungen, dass ein Atom im angeregten Zustand, welches von einem Photon mit bestimmten Eigenschaften getroffen wird, ein weiteres Photon mit denselben Eigenschaften abgibt.
Ein Photon wird auch als Lichtteilchen bezeichnet und ist das, woraus elektromagnetische Strahlung besteht. Durch die wiederholte Kopierung der Lichtteilchen mit denselben Eigenschaften wird der Lichtstrahl intensiver und stärker.
Die erste Umsetzung von dieser Theorie gelang Charles Townes. Er baute 1951 ein Gerät, welches Mikrowellen erzeugen und verstärken konnte. Dasselbe sollte auch für konventionelles Licht und Infrarotstrahlung möglich werden. Dies gelang erst 1960 durch Theodore Maiman, der den ersten Laser mit einfachen Mitteln baute: Als aktives Medium nutzte er einen natürlichen Rubin und als Lichtresonator eine Kombination aus Spiegeln.
In Folge der ersten technischen Umsetzung der Lasertechnik entstanden verschiedenste Lasersysteme. Von Maschinen zur Blechbearbeitung, Stanzmaschine im Jahr 1979, bis zu einem Laser, welcher eine Fehlsichtigkeit korrigieren kann. Bereits 1961 wurde in den USA ein Rubinlaser als präzises Lichtskalpell in der Augenheilkunde eingesetzt.
Spätestens 1972 war in jedem Haushalt ein Laser zu finden: Zur optischen Speicherung von Daten auf CDs und CD-ROMs werden Halbleiterlaser eingesetzt. Auch kleiner und kompakter wurden die zunächst sehr unhandlichen Lasersysteme. 1998 wurde der sogenannte Nanolaser entwickelt, dessen Laserdiode mikroskopisch klein ist. Nanolaser werden heute vor allem in der optischen Signalübertragung, der Datenverarbeitung und in der Medizin genutzt.
Heute besitzt die Lasertechnik vielfältige Anwendungsbereiche
Laser sind aus unserem heutigen Alltag nicht mehr wegzudenken. Sie sind in beinahe allen Lebens- und Arbeitsbereichen zu finden. Nicht nur im Alltag und im Bereich der Unterhaltung finden sich Lasersysteme unterschiedlicher Art, auch in der Forschung, Industrie und Medizin ist die Lasertechnik ein wichtiges Verfahren.
- Wie fuinktioniert ein Laserdrucker: Laserdrucker sind ausgelegt für hohe Geschwindigkeiten. Sie verwenden das Tonerpartikel- und Laserbelichtungsverfahren. Dabei wird der Laserstrahl über einen rotierenden Spiegel, welcher auch als Laserscanner bezeichnet wird, zeilenweise auf eine fotoempfindliche Trommel projiziert, über welche das zu bedruckende Papier geführt wird. Der Laserstrahl wird in einem bestimmten Raster ein- und ausgeschaltet, um Bild, Grauabstufung und Auflösung des Bildes zu erzeugen. Lediglich an den belichteten Stellen der fotoempfindlichen Trommel wird durch eine Toner-Kassette der Toner auf die Trommel aufgetragen. Nach Übertragung auf das Papier wird die Rolle gereinigt und wird erneut von dem Laserscanner belichtet.
- Wie funktioniert ein Laser Thermometer: Bei einem Laserthermometer, auch Pyrometer oder Strahlungsthermometer genannt, wird die Temperatur eines Gegenstandes berührungslos gemessen. Dabei wird das Prinzip genutzt, dass jeder Körper ein gewisses Maß an Wärme abstrahlt. Die Intensität und das Emissionsmaximum dieser Wärmestrahlung hängen von der Temperatur des Körpers ab. Das Pyrometer erfasst diese Strahlung, wertet die Kenndaten aus und errechnet die Temperatur des Gegenstandes.
- Wie funktioniert ein Laser Entfernungsmesser: Bei der Laserentfernungsmessung existieren verschiedene Messverfahren, von welchen die Laufzeitmessung die geläufigste darstellt. Durch eine Laserdiode wird ein zeitlicher Lichtpuls ausgesendet. Dieser Lichtstrahl wird von dem Gegenstand, auf welcher dieser trifft, reflektiert und trifft nach einer bestimmten Zeit auf den optischen Empfangssensor des Laserentfernungsmessers. Mithilfe der Lichtgeschwindigkeit wird mit der Laufzeit die Distanz zwischen Laserdiode und Objekt errechnet.
- Wie funktioniert Laser Mikrobearbeitung: Bei der Laser Mikrobearbeitung von Bauteilen wird die extrem hohe Leistungsdichte von Lasersystemen genutzt, um Bauteile zu trennen, fügen oder zu formen. Durch den sehr geringen Durchmesser des Laserstrahls von modernen Lasersystemen ist es möglich, in sehr kleinen Abmessungen zu bohren oder zu schneiden. So können Genauigkeiten im Mikrometerbereich erreicht werden.
- - Lasertechnik in der Medizin: Während die ersten Laseranwendungen in der Medizin sich auf die Nutzung als ultragenaues Schneidinstrument beschränkten, sind Laser heute fester Bestandteil insbesondere der Chirurgie und der Augenheilkunde. Des Weiteren werden Laser in der Diagnostik eingesetzt und ersetzen zunehmend Röntgenuntersuchungen. Vorteile der Lasertechnik sind beispielswiese, dass die Lasertherapie keimfrei ist und die Laserstrahlung über dünne, flexible Lichtleiter oder Endoskope direkt an die zu operierende Stelle geleitet werden kann.
- Frank
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