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Die Lasertechnologie hat in der Medizin, Automobilbranche, Unterhaltungsindustrie und vielen weiteren Bereichen Einzug gehalten. Barcode-Lesegeräte, Laserdrucker, DVD-Player und andere Geräte, die auf Lasertechnik basieren, sind aus unserem Alltag kaum wegzudenken. In unserem Ratgeber klären wir Sie über die Funktionsweise eines Lasers und seine vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten auf.
Die theoretische Grundlage der Lasertechnologie geht auf Albert Einstein zurück: Bereits im Jahr 1916 stellte er die These auf, dass Lichtverstärkung durch stimulierte Emission möglich sei. Erstmals praktisch umgesetzt wurde die Grundidee durch den Physiker Charles Townes, der das Prinzip jedoch auf Mikrowellenstrahlung übertrug und in den 1950er Jahren den sogenannten Maser erfand. "Maser" ist die Abkürzung für Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation, zu Deutsch "Mikrowellenverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission".
Am 16. Mai 1960 wurde schliesslich der erste funktionstüchtige Laser fertiggestellt. Theodore Maiman, ein amerikanischer Physiker und Spezialist auf dem Gebiet der nichtlinearen Optik, bündelte zum ersten Mal einen Lichtstrahl mithilfe eines Rubinkristalls. Im selben Jahr wurde der Helium-Neon-Laser vorgestellt – ein Gaslaser entwickelt vom iranischen Physiker Ali Javan in Zusammenarbeit mit seinen US-amerikanischen Fachkollegen William R. Bennett und Donald R. Herriott. Nur ein Jahr später war bereits der erste Rubinlaser in der Augenheilkunde im Einsatz
Das Akronym Laser steht für Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, also die Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission. Laserstrahlen weisen eine hohe Strahlungsdichte auf, sind stark gebündelt und einfarbig, da sie auf dem Licht einer Wellenlänge basieren. Ganz im Gegensatz zur Glühbirne: Hier setzt sich das Licht aus mehreren Wellenlängen zusammen, ausserdem strahlt sie in alle Richtungen.
Lasergeräte sind optische Geräte, die dem Fachgebiet der Technischen Optik zuzuordnen sind. Ein Laser setzt sich aus einem Lasermedium, einer Energiequelle und einem optischen Resonator – einer Anordnung von Spiegeln – zusammen. Neben dem erwähnten Rubinkristallkörper und Gasgemisch kommen auch Flüssigkeiten als Medium in Frage. Darin befinden sich Teilchen in ihrem Grundzustand. Durch elektrisches oder optisches Pumpen wird dem Medium Energie zugeführt, die von den Atomen aufgenommen wird. Die Folge: Sie werden angeregt. Nach einer gewissen Zeit findet jedes Atom wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurück und gibt Energie in Form eines Lichtteilchens (Photons) frei. Das Photon begegnet innerhalb des Mediums weiteren angeregten Atomen. Treffen sie aufeinander, wird eine Kopie des Photons erzeugt: ein Lichtteilchen mit identischer Wellenlänge, Phase und Abstrahlrichtung. Der Vorgang wird als stimulierte Emission bezeichnet. Zwei gegenüberliegende Spiegel, einer davon ist teildurchlässig, reflektieren das Licht unzählige Male hin und her. Das Licht wird auf diese Weise verstärkt und verlässt durch den teildurchlässigen Spiegel das Medium als stark gebündelter Strahl.
Laserdioden befinden sich als Bauteile unter anderem in DVD-Geräten, CD-Playern und -Brennern, Druckern und Barcode-Scannern. Im Bildungs- und Business-Bereich hat der Zeigestock längst ausgedient und wurde durch Laserpointer ersetzt. In Clubs und im Unterhaltungsbereich wird ebenfalls auf Lasertechnologie gesetzt. Lasershows beispielsweise erfreuen sich beim Publikum grosser Beliebtheit.
Aufgrund ihrer hohen Präzision kommen Laserstrahlen in industriellen Werkzeugen zum Einsatz. Lasertechnologie wird zum Bohren, Schweissen, Schneiden und Gravieren genutzt, beispielsweise in der Automobilindustrie, im Maschinenbau oder der Luftfahrtindustrie. Auch beim berührungsfreien Messen von Entfernungen, Geschwindigkeiten oder Materialabweichungen setzt man auf die Technologie. Im kosmetischen Bereich, beispielsweise bei Tattoo- oder Haarentfernungen, wird mit Laserstrahlen genauso gearbeitet wie in der Medizin, wo Lasertherapien und -skalpelle zum Alltag gehören. Mithilfe des Laserverfahrens können unter anderem Augenoperationen mit hoher Präzision durchgeführt werden, während die Laserlithotripsie dazu dient, gezielt Harnsteine zu zertrümmern.
Laserdioden sind die wesentlichen Bauteile in Lasermodulen. Die Halbleiterlaser erzeugen unter Stromeinwirkung präzise Strahlen, deren Wellenlänge von Ultraviolett bis Infrarot reichen kann. Laserdioden bieten mehrere Vorteile: Sie haben einen kleinen Umfang, weshalb sie sich hervorragend für Module und den Einsatz in Druckern oder DVD-Geräten eignen. Darüber hinaus arbeiten Laserdioden energiesparend und sind somit kostengünstig.
In der Regel befinden sich Laserdioden in einem Gehäuse mit drei Anschlüssen, die einen komfortablen Einbau ermöglichen. In Lasermodulen sind die Dioden bereits verbaut und verfügen meist über passende Steuerelektronik sowie ein Linsensystem. Ihr Einsatzgebiet ist breit gefächert, so können die Module zum Beispiel für Baulaseranwendungen genutzt oder in Wasserwaagen sowie für präzise Test- und Messschaltungen eingesetzt werden.
Beim Kauf von Lasermodulen gilt es, auf Leistung, Strahldivergenz, den Öffnungswinkel, den Arbeitsabstand und die Wellenlänge zu achten. Für Lasertechnik ist diverses Zubehör erhältlich, darunter Ansteuerungselektronik, Abdeck- und Kollimatorlinsen.
Lasertechnik wird in verschiedene Klassen eingestuft. Verbraucherprodukte zählen meist zu den niedrigeren Klassen 1 oder 2, was bedeutet, dass ein Laserprodukt bei bestimmungsgemässem Gebrauch als sicher gilt, ein direkter Blick in den Strahl aber zu vermeiden ist. Bei längerer Betrachtung können Netzhautschäden entstehen (Klasse 2). Geräte der Klasse 4 sind gefährlich für Haut und Augen und hauptsächlich professionellen Einsatzzwecken (beispielsweise in Medizin, Kosmetik, Forschung) vorbehalten.
Können Laserstrahlen, wie sie beispielsweise bei Lasershows genutzt werden, Schäden an Video- oder Fotokameras verursachen?
Ja, insbesondere, wenn sie in geringem Abstand auf den Kamerasensor treffen. Aus diesem Grund sollten Lasershows nicht aus unmittelbarer Nähe, sondern aus weiterer Entfernung und ohne optischen Zoom gefilmt werden. Beim Heranzoomen werden die Laserstrahlen nämlich noch stärker gebündelt und können daher grössere Beschädigungen am Sensor hinterlassen.
Welches Zubehör ist für Laserdioden zu empfehlen?
In Kombination mit einer Kollimatorlinse kann der erzeugte Strahl einer Diode für maximale Präzision punktförmig gebündelt werden, während mit einer Ansteuerungselektronik die Laserleistung reguliert wird.