Laser sind überall. Chirurgen verwenden sie für Augenoperationen und Krebsbehandlungen. Hersteller verwenden sie in der Materialbearbeitung zum Schneiden, Beschriften, Schweißen, Reinigen und Texturieren von verschiedenen Arten von Materialien. Manche Menschen benötigen sie für die Entfernung von Tätowierungen oder Haaren, und jeder hat schon einmal eine Lasershow bei einem Musikkonzert gesehen. In jüngster Zeit sind neue Anwendungen wie die Laserholografie entstanden.
Für diese Anwendungen werden verschiedene Arten von Lasern benötigt. Basierend auf ihrem Lasermedium werden Laser in fünf Haupttypen unterteilt:
Darüber hinaus können diese fünf Lasertypen in Unterkategorien eingeteilt werden, die auf ihrer Funktionsweise basieren: Dauerstrichlaser und gepulste Laser. Darüber hinaus gibt es noch mehrere Arten von gepulsten Lasern.
Bevor wir uns die Unterschiede genauer ansehen, rufen wir uns noch einmal in Erinnerung, was ein Laser eigentlich ist.
Ein Laser ist ein Gerät, das Licht in Form eines Laserstrahls erzeugt. Ein Laserstrahl unterscheidet sich von einem Lichtstrahl dadurch, dass seine Strahlen monochromatisch (in einer einzigen Farbe), kohärent (mit derselben Frequenz und Wellenform) und kollimiert (in dieselbe Richtung gerichtet) sind.
Laser liefern diese "perfekte Information", die ideal für Anwendungen ist, die hohe Präzision erfordern.
Laser bestehen aus drei Hauptkomponenten:
Ein Gaslaser ist ein Laser, bei dem ein elektrischer Strom durch ein Gas geschickt wird, um durch einen als Besetzungsinversion bekannten Prozess Licht zu erzeugen. Beispiele für Gaslaser sind Kohlendioxid-Laser (CO2-Laser), Helium-Neon-Laser, Argon-Laser, Krypton-Laser und Excimer-Laser.
Gaslaser werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter Holographie, Spektroskopie, Barcode-Scanning, Messungen der Luftverschmutzung, Materialbearbeitung und Laserchirurgie.
CO2-Laser sind wahrscheinlich die bekanntesten Gaslaser und werden hauptsächlich zum Laserbeschriften, Laserschneiden und Laserschweißen verwendet.
Festkörperlaser verwenden einen Festkörper (Kristall oder Glas), der mit einem Seltenerdelement vermischt ist, als Quelle der optischen Verstärkung. Das beigemischte Element ist normalerweise Neodym, Chrom, Erbium, Thulium oder Ytterbium.
Der bekannteste Festkörperlaser ist der Rubinlaser, da er der erste jemals konstruierte Laser war. Der Nd:YAG-Laser (Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat) wird ebenfalls häufig für die Materialbearbeitung eingesetzt.
Festkörperlaser werden auch für die LIDAR-Technologie sowie für verschiedene medizinische Anwendungen eingesetzt, darunter die Entfernung von Tätowierungen und Haaren, die Gewebeentfernung und die Entfernung von Nierensteinen.
Ein Glasfaser-Laser ist eine besondere Art von Festkörperlaser, der eine eigene Kategorie darstellt. Bei Glasfaser-Lasern besteht das Lasermedium aus einer optischen Faser (Quarzglas), die mit einem Seltenerdenelement versetzt ist.
Die lichtleitenden Eigenschaften der Glasfaser machen den Unterschied zu anderen Lasern aus: Der Laserstrahl ist gerader und kleiner als bei anderen Lasern, wodurch er präziser ist. Glasfaser-Laser sind außerdem bekannt für ihren geringen Platzbedarf, ihre gute elektrische Effizienz, ihren geringen Wartungsaufwand und ihre niedrigen Betriebskosten.
Glasfaser-Laser werden in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt, z. B. in der Materialbearbeitung(Laserreinigung, Texturierung, Schneiden, Schweißen, Beschriften), in der Medizin und für gerichtete Energiewaffen.
Beispiele für Glasfaser-Laser, die für diese Anwendungen verwendet werden, sind Ytterbium- und Erbium-dotierte Glasfaser-Laser.
Flüssigkeitslaser verwenden einen organischen Farbstoff in flüssiger Form als Lasermedium. Sie sind auch als Farbstofflaser bekannt und werden in der Lasermedizin, Spektroskopie, Muttermalentfernung und Isotopentrennung eingesetzt.
Einer der Vorteile von Farbstofflasern ist, dass sie eine viel größere Bandbreite an Wellenlängen erzeugen können. Das macht sie zu guten Kandidaten für abstimmbare Laser, was bedeutet, dass die Wellenlänge während des Betriebs gesteuert werden kann.
Bei der Laser-Isotopentrennung zum Beispiel werden die Laser auf bestimmte Atomresonanzen abgestimmt. Sie werden dann auf ein bestimmtes Isotop eingestellt, um die Atome zu ionisieren, sodass sie neutral und nicht mehr negativ oder positiv geladen sind. Sie werden dann durch ein elektrisches Feld getrennt, was als Isotopentrennung bezeichnet wird.
Laserdioden, auch Diodenlaser und Halbleiterlaser genannt, ähneln regulären Dioden insofern, als sie einen positiv-negativ (PN) geladenen Übergang haben. Der Unterschied besteht darin, dass Laserdioden am PN-Übergang eine intrinsische Schicht aus Materialien haben, die spontane Emission erzeugen. Die intrinsische Schicht ist poliert, sodass die erzeugten Photonen verstärkt werden und der elektrische Strom schließlich in Laserlicht umgewandelt wird.
Obwohl die meisten Halbleiterlaser Diodenlaser sind, gibt es einige wenige andere. Das liegt daran, dass es Halbleiterlaser gibt, die keine Diodenstruktur verwenden, wie z. B. Quantenkaskadenlaser und optisch gepumpte Halbleiterlaser.
Wie Glasfaser-Laser können auch Laserdioden als Festkörperlaser eingestuft werden, da ihr Lasermedium fest ist. Allerdings sind sie wegen ihres PN-Übergangs eine Kategorie für sich.
Laserdioden werden oft als Energiequelle zum Pumpen anderer Laser verwendet. Diese Laser werden als diodengepumpte Laser bezeichnet. In diesen Fällen werden die Laserdioden in der Regel so angeordnet, dass sie mehr Energie pumpen, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.
Laserdioden sind weit verbreitet. Sie werden in Barcode-Lesegeräten, Laserpointern, Laserdruckern, Laserscannern und vielen anderen Anwendungen eingesetzt.
Alle Lasertypen können auf eine von zwei Arten arbeiten: mit gepulsten oder kontinuierlichen Laserstrahlen. Dies ist die so genannte Funktionsweise.
Dauerstrichlaser können auf den ersten Blick leistungsfähiger scheinen als gepulste Laser, da die beworbene Laserleistung in der Regel viel höher ist, aber das kann irreführend sein. Das liegt daran, dass für Laser die durchschnittliche Laserleistung angegeben wird und die durchschnittliche Leistung von gepulsten Lasern in der Regel niedriger ist, auch wenn sie höhere Leistungsspitzen erreichen.
Ein 6.000-Watt-Dauerstrichlaser gibt zum Beispiel kontinuierlich 6.000 Watt an Laserleistung ab. Umgekehrt kann ein gepulster 100-W-Laser Impulse von jeweils 10.000 W abgeben.
Gepulste Laser werden anhand der Dauer ihrer Impulse in verschiedene Kategorien unterteilt.
Um die Anzahl der Impulse pro Sekunde zu steuern, wird ein Modulator verwendet. Infolgedessen hat jeder Impuls eine genaue Dauer, die als Impulsdauer, Impulslänge oder Impulsbreite bezeichnet wird. Die Impulsdauer ist die Zeit zwischen dem Beginn und dem Ende eines Impulses.
Es gibt verschiedene Modulationsmethoden für gepulste Laserstrahlen: Q-Switching, Gain-Switching und Modenkopplung sind nur einige Beispiele. Je kürzer der Impuls, desto höher die Energiespitzen. Hier sind die gebräuchlichsten Einheiten zur Angabe der Impulsdauer.
Wie Sie sehen können, gibt es viele Möglichkeiten, Laser zu kategorisieren. Eine weitere Option ist die Wellenlänge des Lasers. Es gibt Infrarot-, Nahinfrarot-, sichtbare, ultraviolette und Röntgenlaser.
Laserexperten treiben die Grenzen der Lasertechnologie immer weiter voran, und jedes Jahr werden neue Entwicklungen gemacht. Daher entwickeln sich die Typen von Lasern ständig weiter, und jeder, der diese Welt erforschen möchte, kann sich auf ein Leben voller Entdeckungen freuen.
With a PhD in Laser Processing, Alex is one of the two laser experts who founded Laserax. He is now Vice President and Chief Technology Officer, overseeing the team that develops laser processes for laser marking, cleaning, texturing, and welding applications.
Dank ihrer unübertroffenen Fähigkeit, Materialien mit hoher Präzision und minimaler thermischer Schädigung zu bearbeiten, sind Ultraviolett (UV)-Laser zu einem unverzichtbaren Werkzeug in so unterschiedlichen Branchen wie der Mikroelektronik, der Medizintechnik, der Automobilindustrie und sogar der Verpackung von Konsumgütern geworden.
Laserablationsgeräte werden zunehmend in der Fertigungs- und Automobilindustrie eingesetzt. Sie sind eine beliebte Option, wenn es darum geht, kurze Zykluszeiten einzuhalten, Prozesse zu automatisieren, die Betriebskosten zu senken und die Präzision zu erhöhen, um qualitativ hochwertige Ergebnisse zu gewährleisten.
In der Fertigungsindustrie entwickeln die Ingenieure ständig Lösungen, die durch Hochleistungslaser ermöglicht werden. Sie werden hauptsächlich zum Markieren, Reinigen, Texturieren, Schweißen und Schneiden von Materialien eingesetzt, um kurze Taktzeiten in Produktionsstraßen einzuhalten.
