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Laser

Nachdem das 20. Jahrhundert als das Jahrhundert der Elektronik galt, ist das 21. Jahrhundert das Jahrhundert der Photonik. 1960 baute Theodore Maiman die erste Apparatur, die das Prinzip der „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“ verwendete. Ein Prinzip, dass es ermöglicht Licht mit Leistungsdichten zu erzeugen, die milliardenfach höher sind als die höchsten, konventionell erzeugbaren Leistungs- oder Energiedichten. Seitdem hat der LASER eine in der Technik beispiellose Erfolgsgeschichte hinter sich.

Eigenschaften Optischer Strahlung

Elektromagnetische Strahlung ist als natürliches Phänomen in fast allen Bereichen des täglichen Lebens zu finden. Wärmestrahlung, Röntgenstrahlung sowie durch radioaktiven Zerfall hervorgerufene γ‑Quanten sind nur einige Beispiele. Elektromagnetische Strahlung entsteht aber auch künstlich an Sendemasten z.B. für Mobilfunk oder Fernsehen. Sie breitet sich ähnlich wie Schall wellenförmig aus und wird durch die Bewegung von Ladungen zueinander hervorgerufen. Im Unterschied zu Schall benötigt die elektromagnetische Strahlung jedoch kein Medium zur Ausbreitung. Wie jedes andere Licht besteht auch Laserstrahlung aus elektromagnetischen Wellen. Elektromagnetische Strahlung im für das menschliche Auge sichtbaren Bereich wird allgemein als Licht bezeichnet. 

 

In diesem ursprünglichen Sinn setzt sich Licht aus der elektromagnetischen Strahlung der Wellenlängen im Bereich von etwa 380 nm bis 780 nm (nm = Nanometer = ein Milliardstel Meter) zusammen. Dieses wird als das sichtbare Spektrum bezeichnet, welches in seiner Gesamtheit als weißes Licht erscheint. Fällt weißes Licht auf ein optisch dispersives Element (z.B. ein Prisma), werden durch die Lichtbrechung die Farben des Spektrums sichtbar. Dieses reicht vom kurzwelligen Violett über Blau, Grün, Gelb, bis hin zum langwelligen Rot. Am langwelligen Rotbereich des Spektrums schließen sich die Infrarot- und am kurzwelligen Blaubereich die Ultraviolettwellen an.

Der Begriff Laserlicht beschreibt jedoch einen wesentlich größeren Bereich des elektromagnetischen Spektrums, der sich von 150 nm bis zu 1 mm, also vom harten UV- bis hin zum infraroten „Licht“, erstreckt.

Grundprinzip eines Lasers

Der Laser besteht im Wesentlichen aus folgenden Komponenten:

  1. Der Laserröhre bzw. dem aktiven Lasermedium (Festkörper, Gas, Flüssigkeit oder Halbleiter)
  2. Spiegel an beiden Enden, wobei einer reflektierend, der andere teilreflektier-end ( <100 %) ist.
  3. Einer Pumpquelle zur Anregung wie z. B. einer Blitzlampe, einer Elektronenentladung oder ein Laser (z.B. Diodenlaser) selbst.

Die Funktion wird erzielt, wenn die Pumpenergie die Atome des Mediums anregt. Dabei absorbiert das Atom die Energie, indem es ein Elektron kurzfristig auf eine höhere Bahn wirft. Beim Zurückfallen gibt dieses seine Energie in Form eines Photons ab, welches der kleinste Teil elektromagnetischer Strahlung ist. Diese Photonen wiederum stimulieren andere angeregte Atome. Ein kontrollierter Lawinen-Effekt ist geschaffen, der sich durch die beiden Spiegel des Resonators aufbaut. Eine gewisse Zahl von Photonen passiert den teildurchlässigen Spiegel und bildet damit den Laserstrahl.

Laserbetriebsarten

Laser können sich nicht nur bzgl. der Wellenlänge und Leistung voneinander unterscheiden, sondern auch bzgl. der Art und Weise, wie diese Leistung abgegeben wird. Es besteht ein prinzipieller Unterschied darin, ob die Leistung kontinuierlich (Dauerstrich oder continuous wave - cw) zur Verfügung steht, oder in Form von Impulsen (Langpuls, gütegeschaltet oder modensynchronisiert) emitiert wird. Im Fall von gepulsten Systemen mit niedriger Folgefrequenz ist die Spitzenleistung der kritische Wert. Wird die Folgefrequenz höher muss unbedingt auch die mittlere Leistung berücksichtigt werden. Bitte beachten Sie, das Laser teilweise auch in verschiedenen Betriebsarten betrieben werden können.

Laserklassen

Um eine Einstufung von Lasergeräten bezüglich ihrer Gefährlichkeit vornehmen zu können, werden diese in so genannte Laserklassen eingeteilt. Grundlage dieser Klassifizierung sind die so genannten GZS-Werte (GZS: Grenzwerte der zugänglichen Strahlung; engl. AEL: Accessible emission limit).

 

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