Was ist ein Laser und wie funktioniert er?

laser-1024x569 Was ist ein Laser und wie funktioniert er?

Das Wort LASER steht für “Light Amplication by the Stimulated Emission of Radiation“, zu Deutsch ”Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung”.

Vereinfacht ausgedrückt, geben die durch den Strom angeregten Lichtteilchen (Photonen) Energie in Form von Licht ab. Dieses Licht wird dann in einen Strahl gebündelt und gerichtet.

Auf diese Weise entsteht, sehr vereinfacht dargestellt, der Laserstrahl. Laser gehören zu den wichtigsten Erfindungen der Menschheit und spielen eine entscheidende Rolle in unserem täglichen Leben. Sie kommen in nahezu allen erdenklichen Branchen zum Einsatz, von der Elektronik über die moderne Medizin bis hin zur Verteidigung.

In der Industrie kommen Laser tagtäglich zum Einsatz: Beim Schweißen, Schneiden, Bohren, Reinigen, Messen, Erfassen, Gravieren, Beschriften uvm. Der Laser ist zu einem unserer leistungsfähigsten Fertigungsmittel geworden!

Alle Laser bestehen aus 3 Komponenten:

  • Externe Energiequelle/Pumpe
  • Aktives Lasermedium
  • Resonator

Die Pumpquelle führt dem Laser externe Energie zu.

Das aktive Lasermedium befindet sich im Inneren des Lasers. Je nach Ausführung kann das Lasermedium aus einem Gasgemisch (CO2-Laser), einem Kristallkörper (YAG-Laser) oder Glasfasern (Faserlaser) bestehen.Sobald die Energie über die Pumpe an das Mittel übertragen wird, wird sie in Form von Strahlung emittiert.

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Das aktive Lasermedium befindet sich im „Resonator“ zwischen zwei Spiegel. Einer der Spiegel ist unidirektional. Die Strahlung des aktiven Lasermediums wird durch den Resonator verstärkt.

Gleichzeitig kann nur eine gewisse Strahlung den Resonator über den unidirektionalen Spiegel verlassen. Diese gerichtete Strahlung ist die Laserstrahlung

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Die Laserstrahlung hat 4 grundlegende Eigenschaften:

Monochromie

Das natürliche Licht umfasst verschiedene Wellenlängen, von Ultraviolett bis Infrarot. Ein Laser hingegen ist ein Lichtstrahl mit einer einzigen Wellenlänge. Diese Eigenschaft wird Monochromie genannt. Der Vorteil der Monochromie ist eine größere Flexibilität der optischen Gestaltung. Dies ermöglicht präzise Konstruktionen, die den Laserstrahl über große Entfernungen übertragen und den Laser auf einen sehr kleinen Punkt konzentrieren

Hohe Richtungsstabilität

Unter Richtungsstabilität versteht man die Eigenschaft, die Richtung des Lichts beim durchqueren des Raums beizubehalten. Eine hohe Richtungsstabilität bedeutet, dass die Richtung mit hoher Präzision und geringer Ausdehnung beibehalten wird. Natürliches Licht ist eine Menge von Lichtstrahlen, die sich in alle Richtungen ausbreiten. Das Laserlicht hingegen hat eine hohe Richtungsstabilität, sodass es sich für die Gestaltung optischer Systeme eignet, bei denen sich das Licht auch über eine gewisse Distanz nicht ausdehnen soll.

Hohe Kohärenz

Die Kohärenz beschreibt das Ausmaß, in dem Licht mit sich selbst interferiert. Betrachtet man das Licht als Welle, so kann man sagen, dass die Kohärenz des Lichts umso größer ist, je gleichmäßiger die Lichtphase ist. Da sich Phase, Wellenlänge und Richtung des Laserlichts nicht ändern, ist es möglich, eine starke Welle aufrechtzuerhalten und Laserstrahlen über eine große Entfernung ohne Streuung zu übertragen. Dies bedeutet, dass es möglich ist, das Licht mit einer Linse auf einen kleinen Punkt zu konzentrieren.

Hohe Energiedichte

Da der Laser eine ausgezeichnete Monochromie, Richtungsstabilität und Kohärenz aufweist, kann er auf einen extrem kleinen Spot reduziert werden. Auf diese Weise entsteht Licht mit einer hohen Energiedichte. Durch die Konzentration des Laserlichts in ein extrem enges Bündel, kann man seine Intensität (Leistungsdichte) steigern und sogar ausreichend Energie zum Schneiden von Metall erhalten

Datum der Veröffentlichung: 03/12/2019

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