Laserstäbe, Laserlampen, Schutzgläser im Einsatz: Darauf sollten Sie achten

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Laserstäbe, Laserlampen, Schutzgläser im Einsatz: Darauf sollten Sie achten

Laser werden immer dann eingesetzt, wenn ein stark gebündelter, ganz gerader Lichtstrahl gebraucht wird, den man extrem scharf fokussieren kann. Die Laserprodukte haben Einzug in verschiedenste Bereiche des Lebens gefunden.

Laserpointer werden bei Präsentationen oder Schulungen eingesetzt und dienen als optischer Zeigestock, und in Clubs und auf Konzerten werden ganze Lasershows gezeigt, die von professionellen Lichttechnikern umgesetzt werden. Auch im Alltag werden Laser eingesetzt, ohne dass sie groß auffallen. Laser tasten Strichcodes ab, sodass an der Supermarktkasse der Preis abgelesen werden kann, sie kommen bei verschiedenen Fertigungstechniken in der Industrie vor und werden auch in der Medizin eingesetzt. Mittlerweile gibt es sogar Laserskalpelle, die in der Chirurgie zum Einsatz kommen. Auch eine Reihe von Messgeräten funktioniert mit Lasern.

Eigenschaften von Laserlicht

Laser ist eine Abkürzung, die für „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" (Lichtverstärkung durch induzierte Emission) steht. Das Besondere an Laserlicht ist, dass alle Wellenberge und -täler denselben Abstand – also genau dieselbe Farbe haben. Deshalb wird das Licht als monochromatisch bezeichnet.

Eine weitere Besonderheit ist, dass sich alle Wellen in die gleiche Richtung bewegen, und das Licht daher polarisiert. Die Wellen von Laserlicht sind also sehr geordnet, da sie in derselben Farbe sind und sich alle in die gleiche Richtung bewegen. Aufgrund dieser Eigenschaften kann Laserlicht gut gesteuert und kontrolliert werden. Das macht es für verschiedene Zwecke einsetzbar.

Wie funktionieren Laser?

Um die Funktionsweise von Lasern zu verstehen, muss man sich mit Atomphysik auseinandersetzen und wissen, dass Atome Licht aussenden können. Das ist dann der Fall, wenn sie mit zusätzlicher Energie durch Stöße oder Licht versorgt werden. Die Teilchen geben diese zusätzliche Energie ab – zum Beispiel in Form einer Lichtwelle.

Wenn ein Atom mit einer Lichtwelle bestrahlt wird, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass es die Eigenschaften dieser Welle kopiert. Das Licht, das vom Atom abgestrahlt wird, schwingt dann im selben Takt und breitet sich in dieselbe Richtung aus. Dieser Effekt wird stimulierende Emission genannt. Eine Lichtwelle wird quasi unendlich „kopiert". Damit dies gelingt, müssen die Lichtwellen immer wieder an den Atomen vorbeigeführt werden, was bei Lasern mit der Hilfe von Spiegeln geschieht. Mit ihnen werden die Lichtwellen „eingefangen", sodass die Wellen aufeinander liegen und im gleichen Takt schwingen. Damit schließlich ein Teil des Lichts den Laser verlassen kann, ist einer der Spiegel teildurchlässig – und wir sehen das Laserlicht.

Grundlagen stammen von Einstein

Die theoretischen Grundladen für das Prinzip des Lasers wurden bereits 1917 von Albert Einstein gelegt, als er die stimulierte Emission beschrieb. Doch erst in den 1950er-Jahren wurde eine solche Lichtquelle mit stimulierter Emission vom Physiker Charles H. Townes gebaut, der dafür 1964 den Nobelpreis bekam.

Der Physiker Theodore H. Maiman erzeugte dann 1960 den ersten Laserstrahl, als Lasermedium diente ein Rubinkristall. Maiman machte sich anschließend mit der Gründung der Korad Corporation selbstständig und befasst sich mit der Entwicklung und Herstellung von Lasern.

Was sind Laserstäbe?

Laserstäbe werden als Lasermedium eingesetzt. Das heißt, sie sind ein sogenanntes aktives Medium, das zur Erzeugung des Laserstrahls durch stimulierte Emission verwendet wird. Laserstäbe gibt es für verschiedenste Wellenlängen sowie für lampengepumpte und diodengepumpte Laser.

Laserstab und Pumplichtquelle – also mittlerweile überwiegend Laserdioden – werden zusammen in einem Gehäuse untergebracht, wobei die Pumplichtquelle Energie in den Laserstab pumpt.

Die Stäbe bestehen aus einem länglichen Kristall, der mit Fremdionen dotiert ist. Damit Laser optimal funktionieren, muss die Qualität der Stäbe stimmen. Daher gibt es unterschiedlichste Kristalle, die in Festkörperlasern zum Einsatz kommen. Laserstäbe sind nahezu durchsichtig und schimmern leicht rosa. Ihre Abmessungen hängen von der Spezifikation des Lasers ab. Lasertypen lassen sich durch die entsprechende Wellenlänge und die Ausgangsleistung des erzeugten Laserstrahls klassifizieren und voneinander unterscheiden. Ein typischer Durchmesser von Laserstäben liegt bei vier Millimetern.

Was sind Festkörperlaser?

Als Festkörperlaser werden Laser bezeichnet, deren verstärkendes Medium aus einem kristallinen oder glasartigen Festkörper besteht. In diesen Kristallen sind die laseraktiven Ionen in einer bestimmten Konzentration enthalten. Diese Ionen sind das eigentliche aktive Medium der Festkörperlaser.

Laserlampen

1960 wurde der erste Laser in Betrieb genommen, seitdem arbeiten Wissenschaftler intensiv an der Entwicklung von Laserlampen, um diese zu optimieren. Die Laserlampe strahlt das laseraktive Medium an und sorgt somit für die notwendige Energie, um die Atome des Lasers zu versorgen und den Betrieb des Produkts zu ermöglichen. Die erregten Atome geben dann das Licht in der gleichen Frequenz und in dieselbe Richtung wieder. Daher hat der Laserstrahl nur eine Wellenlänge und kann genau kontrolliert werden.

Im Laufe der Zeit wurden Laserlampen immer leistungsfähiger. Früher wurden die Lampen in Handarbeit hergestellt, heute gibt es hochmoderne Fertigungsanlagen, die qualitativ hochwertige Laserlampen in einer hohen Stückzahl herstellen können. Die Qualität spielt eine große Rolle, denn sie ist zwingend notwendig, um einen zuverlässig arbeitenden Laser herzustellen.

Optische und elektrische Pumpquellen

Auf dem Markt wird zwischen optischen und elektrischen Pumpquellen unterschieden. Bei einer elektrischen Pumpquelle werden die Atome mittels Strom oder Gas angeregt.

Optische Pumpquellen sind Laserlampen, bei denen wiederrum zwischen zwei Varianten unterschieden wird. Um eine konstante, durchgehende Anregung des Lasermediums zu erzielen, werden Gleichstrom-Laserlampen eingesetzt. Diese werden auch als CW-Laserlampen bezeichnet.

Wenn die Anwendung gepulst werden soll, kommen Blitzlampen als Pumpquellen zum Einsatz. Seit einigen Jahren werden Xenon-Blitzlampen in der Medizintechnik verwendet und vor allem zur Haarentfernung mittels IPL (Intense Pulsed Light) eingesetzt. Das hochintensive Blitzlicht verödet die Haarwurzeln.

Laserlampen als Langstreckenlaser

Unter dem Begriff „Laserlampen" werden auch taschenlampenähnliche Produkte angeboten. Die Hochleistungs-Laserlampen sind für den zivilen Gebrauch geeignet und werden vor allem bei Outdooraktivitäten, Camping, der Jagd oder bei Rettungseinsätzen verwendet.

Herkömmliche Taschenlampen reflektieren den gesamten Vordergrund – bei Laserlampen reflektieren dagegen nur direkt angestrahlte Objekte, die sich in einem 90°-Winkel zum Lichtstrahl befinden. Die Reichweite dieser Lampen ist enorm und kann bis zu 4,5 Kilometer betragen. Daher eignen sich diese Langstreckenlaser zum Beispiel zur Ortung von Personen. Die Produkte sind bei Jägern beliebt, da Tiere das grüne Licht der Lampen nicht wahrnehmen können und daher die Möglichkeit besteht, sie ungestört zu beobachten. In den Augen der Tiere reflektiert das Licht, weshalb sie auch über weite Distanzen hinweg aufgespürt werden können.

Für die Taschenlampen werden augenschonende grüne Laser-Dioden verwendet, Beleuchtungsintensität und Durchmesser können Sie individuell steuern.

Schutzgläser

Laser dienen nicht nur als Beleuchtung, sondern werden in der Industrie als Werkzeuge eingesetzt. Bei der industriellen Materialbearbeitung mit Hochleistungslasern kommen Schutzgläser zum Einsatz. Sie sorgen dafür, dass die teure Laseroptik nicht durch Materialspritzer beschädigt wird. Das kann zum Beispiel passieren, wenn ein Laser zum Schneiden, Schweißen oder Gravieren eingesetzt wird.

In der Industrie wird vor allem Festkörperlasern und CO2-Lasern gearbeitet. Beide Typen sind zum Schneiden, Schweißen und Gravieren geeignet. Doch wo gearbeitet wird, fallen Späne: Materialspritzer können die Optik beschädigen. Ein Beispiel ist das Laserschweißen, bei dem Spritzer der Schmelze auch in Richtung Laserquelle geschleudert werden können. Die empfindliche Laseroptik würde dann verunreinigt werden. Daher gibt es Schutzgläser oder Schutzscheiben, die zwischen der Laserapparatur und dem Werkstück als letzte Optik vor dem Laser angebracht werden.

Schutzgläser oder auch Laserabschlussfenster können ohne nennenswerte Beeinträchtigungen der optischen Eigenschaften eingesetzt werden. Die Gläser sind mit einer Antireflexbeschichtung für den Arbeitsstrahl ausgestattet. In den meisten Fällen handelt es sich um preiswerte Gläser mit geringen Anforderungen an Sauberkeit und Formtreue.

Schutzglasmonitore

Industrielaser, bei denen Schutzgläser zum Einsatz kommen, müssen regelmäßig gewartet werden. Daher gibt es spezielle Maschinen, sogenannte Schutzglasmonitore, die den Verschmutzungsgrad des Schutzglases überwachen und auch gebrochene Produkte erkennen. Damit entfällt eine regelmäßige manuelle Kontrolle. Ebenso müssen Schutzgläser nicht präventiv ausgewechselt werden, da der Monitor anzeigt, wenn ein Austausch notwendig ist.

Durch das Arbeiten mit einem Schutzglasmonitor wird die Prozesssicherheit erhöht, denn die Produkte zeigen die genauen Austauschzeitpunkte an. So sparen Sie Kosten, da ein Wechsel erst dann erfolgt, wenn er erforderlich ist.

Je nach Bearbeitungsprozess darf das Glas nur bis zu einem gewissen Grad verschmutzt sein. Dieser Verschmutzungsgrad kann an einem solchen Gerät individuell eingestellt werden.

Beschriftung durch Laser

Beschriftungen, die durch Laser entstehen, haben sich in den letzten Jahren immer mehr durchgesetzt. Der große Vorteil liegt darin, dass keinerlei Vor- oder Nachbearbeitung des Werkstücks erforderlich ist. Die Bauteile werden mechanisch nicht belastet, und die Beschriftung erfolgt berührungslos. Auch die Betriebskosten und die minimalen Rüstzeiten sprechen für Laserbeschriftungen.

Auch die Bedienung der benötigten Laser wurde durch Bedien- und Steuersoftware immer einfacher. Die Vielfalt der zu bearbeitenden Materialien ist hoch – Kunststoffe, Metalle und Keramiken können mit Lasern beschriftet werden. In der Industrie handelt es sich meistens um fortlaufende Nummerierungen von Einzelteilen, um diese zu kennzeichnen. Darunter fallen auch Aufdrucke von Haltbarkeitsdaten auf Produkten, maschinenlesbare Barcodes oder Kennzeichnungen auf Tabletten.

Laserbeschriftungen im Alltag

Doch nicht nur in der Industrie, auch im Alltag sind Laserbeschriftungen mittlerweile selbstverständlich geworden. Dreidimensionale Bilder im Innern von Glas sind die bekannteste Form von Laserbeschriftungen. Dabei werden transparente Materialien wie Glas oder Plexiglas bearbeitet, indem der Laser im Innern fokussiert wird. In diesem Fokus und der unmittelbaren Nähe werden sehr hohe Feldstärken erreicht, die Laserenergie wird absorbiert – und das Material ist nicht mehr transparent. Lokal wird es kurzzeitig auf bis zu 20.000 °C erhitzt. Bei dem Vorgang wird das beschriftete Material verändert, es können dreidimensionale Abbildungen entstehen – dieser Vorgang kann allerdings nicht rückgängig gemacht werden.

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