[I]Vorab, ich habe mich für die Thematik "Laser" entschieden für den heutigen Post, weil ansich kaum bekannt ist, woher diese Technik kommt und in wievielen Bereichen diese inzw. nutzbringend eingesetzt werden kann....
...Quelle hierbei war Wikipedia z.T...
Woher kommt die Technik :
Albert Einstein beschrieb in den dreißiger Jahren des 20. Jahrhunderts die stimulierte Emission als Umkehrung der Absorption. Danach wurde lange gerätselt, ob der Effekt zur Verstärkung des Lichtfeldes benutzt werden konnte, da zum Erreichen der Verstärkung eine Besetzungsinversion eintreten musste. Diese ist aber in einem stabilen Zweiniveausystem unmöglich. Zunächst wurde ein Dreiniveausystem in Betracht gezogen, und Rechnungen ergaben eine Stabilität für Strahlung im Mikrowellenbereich. Daraus folgte der Maser, der Mikrowellenstrahlung aussendet. Der erste Laser - ein Rubin-Festkörperlaser - wurde 1960 von Theodore Maiman gebaut und am 26. Mai fertiggestellt[1].
Die weitere Entwicklung führte dann zunächst zu Gaslasern (Stickstoff-, CO2-Laser, He-Ne-Laser) und danach zu Farbstofflasern (das laseraktive Medium ist flüssig). Eine Weiterentwicklung von Kristalltechnologien ermöglichte eine sehr starke Erweiterung des spektralen Nutzbereiches. Durchstimmbare Laser zum Anfahren einer bestimmten Wellenlänge und breitbandige Laser wie z.B. der Titan-Saphir-Laser läuteten in den 80er Jahren die Ära der Ultrakurzpulslaser mit Impulsdauern von Pico- und Femtosekunden ein.
In den späten 80ern ermöglichte die Halbleitertechnologie immer langlebigere, hocheffektive Halbleiter-Laserdioden, die mit kleiner Leistung in CD- und DVD-Laufwerken oder in Glasfaser-Datennetzen eingesetzt werden und inzwischen nach und nach als Pumpquellen mit Leistungen bis in den kW-Bereich die wenig effektive Lampenanregung von Festkörperlasern ersetzen.
In den 90er Jahren wurden neue Pumpgeometrien für hohe Laserleistungen verwirklicht, wie der Scheiben- und der Faserlaser. Letztere fanden zur Jahrtausendwende aufgrund der Verfügbarkeit von neuen Fertigungstechnologien und Leistungen bis 20 kW zunehmend Anwendungen bei der Materialbearbeitung, wo sie die bisher gebräuchlichen Typen (CO2-Laser, lampengepumpte Nd:YAG-Laser) teilweise ersetzen können.
Zu Beginn des dritten Jahrtausends werden nichtlineare Effekte ausgenutzt, um Attosekundenpulse im Röntgenbereich zu erzeugen (damit lassen sich zeitliche Abläufe im Inneren eines Atoms verfolgen). Andererseits erreichten erste blaue Laserdioden die Marktreife. Inzwischen ist der Laser zu einem unsichtbaren, aber unersetzbaren Instrument der Gesellschaft geworden.
...und wo wird der Laser denn nun eingesetzt :
Fertigungstechnik
Laser lassen sich in allen Bereichen der Fertigungstechnik nach DIN 8580 für verschiedene Fertigungsverfahren einsetzen:
Urformen: Rapid Prototyping-Verfahren wie Laserstrahlsintern, LaserCUSING oder Stereolithographie
Umformen:
Laserstrahlbiegen von Metallen
Laserunterstütztes Biegen: Erhöhte Bruchdehnung durch vorherige Behandlung mit Laser
Trennen:
Laserschneiden verschiedenster Materialien wie Holz, Kunststoff, Papier, Metalle
Bohren: Mikro-Bohrungen (z.B. "Trepanieren") (für Effusionskühlung) in Turbinenschaufeln, Bohren von Microvias in Leiterplatten
Abtragen: Beseitigen von Material durch Schmelzen, Verdampfen oder bis zum Plasma erhitzen; oder auch photochemischer Abbau von Substanzen (Laserablation)
In der Mikroelektronik erfolgt der Abgleich von Widerständen durch Lasertrimmen
Fügen: Laserstrahlschweißen und -löten sowohl im Makrobereich wie der Automobilindustrie, dem Maschinenbau oder im Schiffbau, aber auch im Mikrobereich wie der Elektronikfertigung. Neben Metallen können auch viele andere Werkstoffe wie Kunststoffe, Gläser, Silizium gefügt werden.
Beschichten:
Laserstrahlpulverbeschichten und Pulsed Laser Deposition
Laserauftragschweißen: Reparaturverfahren durch Aufschmelzen Einschweißen von Metallpulver
Stoffeigenschaften ändern: Laserstrahlhärten
Isotopentrennung: hier wird die unterschiedliche Atom- oder Molekülresonanz der verschiedenen Isotope oder deren organischer Verbindungen ausgenutzt, um sie mittels darauf abgestimmter Laser zu separieren (siehe AVLIS, MLIS).
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Steuerungstechnik
CAD/CAM lasergesteurte Produktions-Techniken bis hin zu kompletten Fertigungsstraßen
Laserguided AGV Spurführung für Fahrerlose Transportsysteme
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Medizin
In der Allgemeinmedizin wird der Laser hauptsächlich in der Diagnose eingesetzt, z.B. bei der Messung von Blutstrom und -zirkulation.
In der Augenheilkunde wird Laserlicht niedriger Leistung zur Diagnose eingesetzt, z. B. in der optischen Kohärenztomografie (OCT). In der Therapie kann mit höherer Leistung eine sich ablösende Netzhaut am Augenhintergrund verschweißt werden. Außerdem kann Fehlsichtigkeit durch Abtragung von Hornhaut beziehungsweise Material der Augenlinse korrigiert werden (z. B. LASIK-Operation).
In der Chirurgie, Gefäßchirurgie und Phlebologie wird der Laser hauptsächlich im Bereich Endoskopie oder als Laserskalpell eingesetzt. Eine weitere Anwendung ist die Behandlung von defekten Venen (Krampfadern). Hierbei kann der Laser endovenös (Laser-Lichtleiter wird in die Vene eingebracht) angewendet werden. Dieses Laser-Behandlungsverfahren ersetzt dabei das Entfernen der Vene durch "Stripping-Operation". Die Laser-Behandlung ist in vielen Fällen schonender und ambulant durchführbar.
In der Dermatologie und Venerologie lassen sich mit Laserstrahlen Schnitte und Verödungen durchführen. Manche Hautkrankheiten werden mittels subcutaner Erwärmung behandelt. Ebenso gibt es unterschiedliche Diagnosetechniken der Konfokalen Mikroskopie, sowie der optischen Kohärenztomografie (OCT).
In der Zahnmedizin kann der Laser den Bohrer ersetzen, oder für Zahnweißung verwendet werden.
In der Krebstherapie wird er für die photodynamische Therapie eingesetzt.
In der Urologie zur Behandlung von Nieren- und Harnleitersteinen und der Prostata.
Noch in der Forschung befindliche Techniken betreffen u.a. die Versuche, Nerven unter Einsatz von Laserlicht zielgerichtet wachsen zu lassen.
Alternativmediziner benutzen sogenannte Softlasergeräte.
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Messtechnik
Eine Reihe von Messgeräten sind auf Laserbasis konstruiert...
Durch Interferenzen oder das Kohärenzradar sind Präzisionsmessungen möglich.
Beim Tunnelbau kann durch Laserstrahlen ein gerader Tunnelvortrieb erreicht werden.
Im Bauwesen wird er zum Nivellieren genutzt.
In der Verkehrsüberwachung werden Laserpistolen von der Polizei (Exekutive) zur Geschwindigkeitsmessung von Kraftfahrzeugen verwendet.
In Barcodelesegeräten werden die Laser zum Abtasten von Barcodes verwendet. Dabei wird der Strahl über ein Spiegelrad gleichmäßig über den Barcode linienförmig geführt. Der reflektierte Strahl wird über einen Fototransistor als hell-dunkel Sequenz ausgewertet.
In Brandmeldern ("Lasermelder")
Schwingungsanalyse und Formerfassung durch elektronische Speckle-Muster-Interferometrie (ESPI)
Lasermikrofon
Lidar: Lidar steht für "light detection and ranging" und ist eine dem Radar ("radiowave detection and ranging") verwandte Methode zur Fernmessung atmosphärischer Parameter.
Laser-Doppler-Anemometer und Particle-Image-Velocimetry zur berührungsfreien Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen oder Flüssigkeiten.
Laser-Lichtschnittsensor zur Messung von Höhenprofilen entlang einer Linie.
Positionsmessung - Positionsermittlung des Laserstrahlschwerpunktes mit Hilfe eines Position Sensitive Device (PSD).
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Wissenschaft
Vermessungen der Erde durch Satelliten, Messung von tektonischen Verschiebungen
Spektroskopie:
Vermessung atomarer Energieniveaus (Atomspektroskopie/Laserspektroskopie)
In der Chemie ist durch Infrarot- und Ramanspektroskopie die Identifizierung und Analyse von Molekülen möglich.
Zeitaufgelöste Spektroskope mit ultrakurzen Laser-Impulsen im Pikosekunden-Bereich, z.B. zeitlicher Ablauf von chemischen Reaktionen
Nichtlineare Optik: z. B. Frequenzkonversion
In den Biowissenschaften: Durch Laserlicht angeregte Fluoreszenzfarbstofffe und die Benutzung eines Konfokalmikroskops oder eines 2-Photonen-Mikroskops ermöglichen es, Zellen und subzelluläre Strukturen mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung im lebenden Gewebe (im Gewebeschnitt oder in vivo) zu beobachten.
In der Zellbiologie als Optische Pinzette
Laserkühlung und Atom- bzw. Ionenfallen
Nachweis von Gravitationswellen mittels besonders großer Laserinterferometer.
Bestimmung von Windgeschwindigkeiten und/oder Teilchenkonzentration in der Erdatmosphäre.
Ein neues Forschungsfeld ist die Wechselwirkung von Laserlicht und Feststoffen, so ist es kürzlich gelungen ein spezielles Kristallgittermaterial durch Bestrahlung von Laserlicht durchsichtig zu machen. (Forschungsgruppe Chris Phillips Imperial College London). Möglich wird das durch Interferenzwechselwirkung mit der Kristallstruktur des Mediums. Es besteht die Aussicht in der Zukunft weitere bis beliebige Materialien durch Laserlicht durchsichtig werden zu lassen.
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Laserbeschriftung
Beschriften und Markieren: Beschriften mit Laser. Papier, Pappe, Holz, Glas, Leder, Kunststoffe, Metalle. Farbabtrag von beschichteten Gegenständen; Farbumschlag auf Kunststoffen, Anlassbeschriftung auf Metall, leichte Gravur auf verschiedenen Materialien.
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Holographie
Als Kunstobjekte
Zur Datenspeicherung
Als Messverfahren
Zur Bildspeicherung
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Datentechnik
Datenspeicherung, z. B. CD-ROM, DVD
Datenübertragung, z. B. mit Lichtwellenleitern
Datenfernübertragung, Laser-WLAN, siehe auch Optischer Richtfunk
Laserdrucker
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Mikro-Fotolithografie
Mit Lasern konnen Strukturen im µm- und sub-µm-Bereich auf fotosensitive Materialien geschrieben werden. Mittels Mikrolithographischer Systeme werden im Direktschreibverfahren hochaufgelöste Vorlagen (Masken) für verschiedenste Anwendungen erzeugt, die dann z.B. mittels breitbandiger Hochleistungslaser in der Produktion auf die endgültigen Materialien umkopiert werden. Andere Anwendungen schließen das Direktschreiben von Strukturen auf Silizium-Wafern in niedrigen Stückzahlen oder das Schreiben von Strukturen auf fotoempfindlichen Filmen (z.B. Dehnungssensoren) ein.
Bildschirmmasken
Leiterplatten
ICs
Sensoren
u.v.m.
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Militärtechnik
Markierung von Zielen für selbststeuernde Waffen
Entfernungsmessung mittels der Lasermesseinheit für z. B. Panzer
erste Versuche von Lasergewehren die den Gegner z. B. erblinden lassen
erste Hochenergielaser bodengestützt, auf Flugzeugen (Boeing AL-1) oder Schiffen zur Raketenabwehr, sogenannte Laserkanonen gibt es bereits. Sie sind einfache Laser mit hoher Energie. Der Betrieb ist noch sehr aufwendig und teuer, die Waffen haben eine große Gefahrenzone, in der sich beim Betrieb keine Menschen aufhalten dürfen.
siehe: Tactical High Energy Laser · Directed Energy Weapon
projektierte Lasersatelliten zur Raketenabwehr mittels Hochenergielasern (chemische Laser, Röntgenlaser)
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Unterhaltung/Medien
CD-Spieler, DVD-Spieler
Laserpointer
Disco, Bühnenshows (siehe Lasershow)
RGB-Systeme. Vorteil: intensive Farben durch schmalbandiges Laserlicht, HDTV-Farbraum und sehr große Schärfentiefe durch hohe Brillianz der Laserstrahlen (Schärfentiefe ist nicht unendlich, sondern bestenfalls beugungsbegrenzt)
im Planetarium ZULIP (Einzelbild) von der Jenoptik LDT GmbH
im Planetarium ADLIP (Ausleuchtung der gesamten Kuppel) ebenfalls von der Jenoptik LDT GmbH. Das Planetarium in Peking bietet als erstes ein solches Ganzkuppel-Lasersystem.