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Wie funktionieren Laser?

Laser ist ein Begriff, den die meisten schon einmal gehört haben, auch wenn viele nicht wissen, dass das Wort Laser eigentlich ein Akronym aus den englischen Wörtern „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“ (Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung) ist. Laserstrahlen entstehen, wenn die Elektronen in den Atomen von Kristallen, Spezialgläsern oder Gasen die Energie aufnehmen, die von einem anderen Laser oder einem elektrischen Strom kommt. Dadurch bewegen sich die Elektronen nicht mehr auf einer Umlaufbahn mit niedriger Energie um den Atomkern, sondern auf einer Umlaufbahn mit hoher Energie. Wenn die Elektronen anschließend in den normalen Zustand zurückkehren, geben sie Photonen, die Elementarteilchen des elektromagnetischen Feldes (auch als Lichtteilchen bekannt), ab. Diese Photonen haben alle dieselbe Wellenlänge und werden deshalb als kohärent beschrieben. Kohärent bedeutet, dass die Wellenberge und -täler einer Lichtwelle sich alle entsprechen. Normales sichtbares Licht besteht aus vielen verschiedenen Wellenlängen und gilt deshalb als inkohärent.

Laserlicht und normales Licht im Vergleich

Laserlicht unterscheidet sich in vielerlei Hinsicht von normalem Licht. Laserlicht enthält nur eine spezifische Farbe oder Wellenlänge. Die Energie, die durch ein Elektron freigesetzt wird, wenn es wieder in die Umlaufbahn mit niedriger Energie zurückfällt, bestimmt die jeweilige Wellenlänge des Laserlichts. Laserlicht ist im Gegensatz zum normalen Licht gebündelt, sodass ein sehr geradliniger Strahl entsteht. Normales Licht hingegen, das beispielsweise von einer Taschenlampe oder anderen Lampe ausgesendet wird, streut, weil es inkohärent ist. Da das Laserlicht kohärent ist, bleibt es über lange Strecken gebündelt.

Verschiedene Einsatzbereiche

Laser kommen in unserem Alltag in vielfältiger Weise zum Einsatz, beispielsweise bei der Entfernung von Tätowierungen, für Augen-OPs, Haartransplantationen usw. Bei einer Laser-OP der Augen können undichte Blutgefäße verödet, abgelöste Netzhäute repariert und die Sehkraft verbessert werden. Eine Laser-OP ist schmerzfrei, da das Laserlicht durch das Auge des Patienten glatt hindurchgeht. Außerdem werden Laser häufig in Schneidwerkzeugen eingesetzt, um präzise Schnitte bei Materialien wie Kunststoffen, Metallen oder Keramik durchzuführen. Laser als Schneidwerkzeuge sind aufgrund ihrer Präzision und Computersteuerung immer beliebter geworden.

Ein weiterer Einsatzbereich von Lasern ist die wissenschaftliche Forschung. Laser sind heute viel präziser, leistungsstärker und kleiner denn je. Der stärkste Laser der Welt ist die National Ignition Facility (NIF), eine wissenschaftliche Einrichtung des Lawrence Livermore National Laboratory in den Vereinigten Staaten, die zur Nuklearforschung entwickelt wurde. Der Bau der NIF kostete mehr als eine Milliarde US-Dollar. Zurzeit füllt füllen die Laseranlagen ein zehnstöckiges Gebäude mit der Ausdehnung von drei Fußballfeldern.

1960 – Erfindung des ersten Lasers

Es gibt viele verschiedene Lasertypen, die sich in ihrer Funktion teilweise unterscheiden. Sehr große Laser funktionieren beispielsweise etwas anders als kleinere Laser. Im Zusammenhang mit der Erfindung des ersten Lasers werden häufig zwei Namen genannt: Arthur Leonard Schawlow und Charles Hard Townes – obwohl Theodore Maiman der eigentliche Erfinder war. 1960 baute Maiman den ersten Laser auf der Grundlage der Arbeiten von Townes und Schawlow.

Beschreibung der Funktionsweise von Lasern

  

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