Was ist Lasertechnologie? Definition, Typen & Verwendet

Laseranwendungen reichen so weit, wie wir uns vorstellen können. Angefangen von industriellen Anwendungen wie Schneiden, Schweißen und Markieren über die medizinische Industrie zum Scannen, die Herstellung von Präzisionswerkzeugen bis hin zur Luxusindustrie für die Endbearbeitung, das Bedrucken und letztendlich jede Branche, die wir uns vorstellen können.

Wissen Sie, was Lasertechnologie ist & Wie wird es erzeugt? Lesen Sie weiter, um mehr über die Technologie zu erfahren, die die Branchen verändert.

Haben Sie sich jemals gefragt, wie die Dinge um uns herum und die Dinge, die wir täglich verwenden, hergestellt werden? Nun, wenn wir uns eingrenzen, um zu verstehen, wie es hergestellt wurde, werden wir verstehen, dass die meisten von ihnen von Lasersystemoperationen berührt werden. Laseranwendungen reichen so weit, wie wir uns vorstellen können. Angefangen bei industriellen Anwendungen wie Schneiden, Schweißen und Markieren über die medizinische Industrie zum Scannen, die Herstellung von Präzisionswerkzeugen bis hin zur Luxusindustrie zum Veredeln und Bedrucken und letztendlich zu jeder Branche, die wir uns vorstellen können. Also, Was ist Lasertechnologie?

Grundlagen des Laserprinzips:

Gemäß der Laserdefinition heißt es: „Ein Laser ist ein Gerät, das Licht durch einen Prozess der optischen Verstärkung emittiert, der auf der stimulierten Emission elektromagnetischer Strahlung basiert.“ Obwohl der Begriff LASER wie ein gesunder Ausdruck aussieht, handelt es sich tatsächlich um ein Akronym für „Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission“. Wie wir das Laser-Akronym erklärt haben und wenn wir uns heute umschauen, ist der Laser in einem breiten Anwendungsspektrum verbreitet, seine Anfänge liegen jedoch noch nicht lange zurück. 1960 baute Theodore H. Maiman, als er an den Hughes Research Laboratories war, den ersten Laser.

„Obwohl der Begriff LASER wie ein gesunder Ausdruck aussieht, handelt es sich tatsächlich um ein Akronym für „Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission“

Laserbearbeitung:

Ein typischer Laser besteht aus fünf Hauptkomponenten: Verstärkungsmedium, Laserpumpenergie, Hochreflektor, Ausgangskoppler und Laserstrahl. Ein Verstärkungsmedium ist ein Material mit der Tendenz, Licht durch stimulierte Emission zu verstärken. Ein Licht mit einer bestimmten Wellenlänge wird beim Durchgang durch ein Verstärkungsmedium verstärkt (erhöht die Leistung).

Bei der Laserbearbeitung wird dem Verstärkungsmedium Energie zugeführt, um das Licht durch den als Pumpen bezeichneten Prozess zu verstärken. Die zugeführte Energie liegt in Form von elektrischem Strom oder Licht mit variabler Wellenlänge vor. Eine weitere Laser- oder Blitzlampe sorgt für das Pumplicht.

Seit seiner Einführung erfreut sich der Laser großer Beliebtheit aufgrund seiner Fähigkeit, die Leistung präzise zu konzentrieren und Laserquellen individuell anzupassen, um breite Laseranwendungen und eine schnellere Betriebsgeschwindigkeit zu erreichen.

Ein typischer Laser nutzt die Rückmeldung eines Spiegelpaares, das auf beiden Seiten des Verstärkungsmediums angebracht ist. oft wird das System als optischer Hohlraum bezeichnet. Jedes Mal, wenn das Licht zwischen diesen beiden Medien hin- und herspringt, passiert es das Verstärkungsmedium und wird während des gesamten Prozesses jedes Mal verstärkt. Einer der beiden Spiegel, die als Ausgangskoppler dienen, ist durchscheinend, sodass ein Teil des Lichts durch den Spiegel entweichen kann. Der Designhohlraum bestimmt die Form der Spiegel (flach oder gebogen). Die Art des Lichts, ob divergent oder schmal, hängt von der Form der Spiegel ab. Dieses Verstärkungsgerät ist eher als Laseroszillator bekannt.

Seit der Einführung des Lasers erfreut er sich aufgrund seiner Fähigkeit, die Leistung präzise zu konzentrieren und Laserquellen individuell anzupassen, um breite Laseranwendungen und eine schnellere Betriebsgeschwindigkeit zu erreichen, in vielerlei Hinsicht großer Beliebtheit.5 Es gibt mehrere Arten von Lasern Laser, die ein breites Anwendungsspektrum haben. Einige der in der Branche am häufigsten verwendeten Lasertypen sind:

Lasertypen und ihre Anwendungen:

1. Gaslaser

Wenn ein elektrischer Strom durch ein Gas entladen wird, um kohärentes Licht zu erzeugen, entsteht ein Gaslaser. Basierend auf dem Prinzip der Umwandlung elektrischer Energie in Laserlichtleistung waren Gaslaser die ersten Dauerlichtlaser. Die Geschichte des ersten Gaslasers reicht bis ins Jahr 1960 zurück, als der iranisch-amerikanische Physiker Ali Javan und der amerikanische Physiker William R. Bennet den Helium-Neon-Laser erfanden. (He-Ne). Aufgrund der geringen Kosten und der hohen Kohärenz werden He-Ne-Laser hauptsächlich in optischen Forschungs- und Bildungslabors eingesetzt. Während Kohlendioxidlaser (CO2) in der Lage sind, Hunderte von Watt im Einzelraummodus zu emittieren, werden sie in der Industrie zum Schneiden und Schweißen eingesetzt.

Die Geschichte des ersten Gaslasers reicht bis ins Jahr 1960 zurück, als der iranisch-amerikanische Physiker Ali Javan und der amerikanische Physiker William R. Bennet den Helium-Neon-Laser erfanden.

2. Chemische Laser

Eine große Energiemenge, die durch chemische Reaktionen schnell freigesetzt wird, baut chemische Laser auf. Mit seiner hohen Energiefreisetzungstendenz dient es einer besonderen Anwendung im Militärbereich. Wenn die chemischen Laser durch Gasströme gespeist werden, hat dies bewährte industrielle Anwendungen.

3. Excimer-Laser

Excimere sind Moleküle, bei denen sich ein Atom in einem angeregten elektronischen Zustand befindet. Diese Lasertechnologie verwendet einen speziellen Gaslaser, der durch elektrische Entladung angetrieben wird, wobei das Lasermedium in modernen Designs ein Excimer oder Exciplex ist. Diese Laser arbeiten mit einer Wellenlänge, die der ultravioletten Strahlung entspricht, und finden eine wichtige Anwendung in der Photolithographie und der LASIK-Augenchirurgie (Laser-in-situ-Keratomileusis).

4. Festkörperlaser

Im festen Zustand ist das Laserverstärkungsmedium fest, im Gegensatz zu einer Flüssigkeit bei Farbstofflasern und einem Gas bei Gaslasern. Es verwendet einen Glasstab oder einen kristallinen Stab, der mit Ionen „dotiert“ ist, die Energiezustände liefern. Festkörperlaser werden hauptsächlich für die Entwicklung von Verteidigungswaffen eingesetzt.

5. Faserlaser

Die Totalreflexion in Festkörperlasern oder Laserverstärkern wird in einer einmodigen optischen Faser geführt, die als Faserlaser bezeichnet wird. Da das Licht durch lange Verstärkungsbereiche wandert, sorgt es für starke Kühlbedingungen. Aufgrund des hohen Oberflächen-Volumen-Verhältnisses sorgt es für eine effiziente Kühlung. Faserlaser werden in der Industrie hauptsächlich zum Schneiden, Markieren, Schweißen, Härten und Beschichten eingesetzt.

Sahajanad Laser Technology Limited, Indien, stellte den weltweit ersten Faserlaser vor Schneid- und Markiersysteme. Die SLTL Group hat diese Technologie in der Branche eingeführt, um hohe Qualitätsansprüche zu erfüllen.

6. Photonische Kristalllaser

Die Laser basieren auf Nanostrukturen, die für die Modenbegrenzung und die DOS-Struktur (Density of Optical State) sorgen, die für die Rückkopplung erforderlich sind.

7. Farbstofflaser

Eine andere Art von Lasern sind Farbstofflaser, deren Verstärkungsmedium organischer Farbstoff ist. Diese Laser sind hochgradig abstimmbar (Wellenlänge kann geändert werden). Obwohl es sich bei diesen Lasern um Festkörperlaser handelt, haben Wissenschaftler auch die Emission in dispersiven Oszillatoren unter Einbeziehung von Festkörper-Farbstoffverstärkungsmedien nachgewiesen. Diese Laser werden für die Astronomie (die lasergeführte Untersuchung von Sternen), die Spektroskopie, die Atomdampfisotopentrennung und vieles mehr eingesetzt.

8. Freie-Elektronen-Laser

Freie Elektronen sind, wie der Name schon sagt, nicht an atomare oder molekulare Zustände gebunden, sondern nutzen eher einen relativistischen Elektronenstrahl als Lasermedium. Diese Laser decken einen breiten Wellenlängenbereich ab, der von kleinen Mikrowellen über Infrarot bis hin zu weichen Röntgenstrahlen reicht. Aufgrund ihrer unabhängigen Natur verfügen sie über den größtmöglichen Wellenlängenbereich.

Arten von Laseroperationen:

Es gibt, wie oben erwähnt, viele Arten von Lasern, sie arbeiten jedoch meist in zwei verschiedenen Formen: im Dauerstrichbetrieb und im Impulsbetrieb.

Kontinuierlicher Wellenbetrieb:

Wie der Name schon sagt, spricht man von kontinuierlichem Wellenbetrieb, wenn der Strahl über einen bestimmten Zeitraum eine konstante Leistung abgibt. Um viele industrielle Anwendungen zu erfüllen, werden einige Laser im Dauerstrichbetrieb betrieben. Viele Laser arbeiten mit unterschiedlichen Longitudinalmoden und schlagen mit allmählich unterschiedlichen Frequenzen, um Amplitudenschwankungen auf Zeitskalen zu erzeugen, die kleiner als der Hin- und Rückweg sind, oft weniger als Nanosekunden. Solche Laser gelten immer noch als Dauerstrichlaser, da sie tendenziell über einen langen Zeitraum eine konstante Leistungsabgabe liefern.

Gepulster Betrieb:

Pulslaser funktionieren anders als Dauerstrichoperationen. Diese Laser liefern eine optische Leistung in Impulsen, die über einen bestimmten Zeitraum wiederholt werden. Diese Laser sind je nach Anwendung auf zeitlich begrenzte Leistungsimpulse ausgelegt. Dies umfasst ein sehr breites Anwendungsspektrum.

Der Zweck des Artikels bestand darin, ein grundlegendes Verständnis rund um die Lasertechnologie zu entwickeln. Als nächstes werden wir uns die Anwendungen in verschiedenen Branchen ansehen und erfahren, wie sich die Lasertechnologie auf unser tägliches Leben auswirkt.

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