{"id":59093,"date":"2023-05-09T06:36:40","date_gmt":"2023-05-09T04:36:40","guid":{"rendered":"https:\/\/botland.com.pl\/blog\/laser-jak-dziala-i-gdzie-jest-wykorzystywany\/"},"modified":"2023-07-14T09:15:13","modified_gmt":"2023-07-14T07:15:13","slug":"laser-wie-funktioniert-er-und-wo-wird-er-eingesetzt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/botland.de\/blog\/laser-wie-funktioniert-er-und-wo-wird-er-eingesetzt\/","title":{"rendered":"Laser – Wie funktioniert er und wo wird er eingesetzt?"},"content":{"rendered":"Lesezeit<\/span> 5<\/span> min.<\/span><\/span>\t\t
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Laser – wie funktioniert er und wo wird er eingesetzt?<\/h2>\n\n\n

\nOhne sie w\u00e4ren zahlreiche technologische Prozesse viel schwieriger und primitiver, und Science-Fiction-Filme und Konzerte von Pink Floyd und Jean-Michel Jarre w\u00e4ren nicht dasselbe – lernen Sie etwas \u00fcber Laser!\n<\/p>\n

Laser in praktischen Anwendungen<\/h2>\n\n\n

\nDieser Artikel beschreibt den Aufbau, die Funktionsweise und die praktischen Anwendungen von Lasern.\n<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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L.A.S.E.R. - ein K\u00fcrzel, das zu einem Eigennamen geworden ist<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\nObwohl sich das Wort “Laser” als vollwertiges Wort durchgesetzt hat, sind die Buchstaben, aus denen es besteht, ein Akronym, das in einfachen Worten das Funktionsprinzip dieser Erfindung definiert. Die Entwicklung des Akronyms L.A.S.E.R. steht f\u00fcr “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”, was \u00fcbersetzt “Lichtverst\u00e4rkung durch erzwungene Emission von Strahlung” bedeutet. Das Akronym selbst und seine Entwicklung sind nur die Spitze des Eisbergs – sehen wir uns an, wie der Laser von Grund auf funktioniert!\n<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Die Idee hinter dem Laser<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Die Lichtenergie regt die Elektronen in den Atomen der optischen Materialien an, die sich auf eine h\u00f6here Energiebahn begeben. Wenn Elektronen spontan auf ihre normale Umlaufbahn zur\u00fcckkehren und durch Licht oder Energie “angeregt” werden, senden sie Lichtteilchen, so genannte Photonen, aus. Laserlicht entsteht, wenn die Elektronen in den Atomen optischer Materialien wie Glas, Kristall oder Gas die Energie eines elektrischen Stroms oder Lichts absorbieren. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Durch diese zus\u00e4tzliche Energie werden die Elektronen so weit “angeregt”, dass sie von einer Umlaufbahn mit niedrigerer Energie in eine Umlaufbahn mit h\u00f6herer Energie um den Atomkern wechseln. Der Laser nutzt die Quanteneigenschaften von Atomen, die Lichtteilchen, so genannte Photonen, absorbieren und ausstrahlen. Wenn die Elektronen in den Atomen in ihre normale Umlaufbahn – oder ihren Grundzustand – zur\u00fcckkehren, entweder spontan oder “angeregt” durch Licht oder eine andere Energiequelle, in manchen F\u00e4llen sogar einen anderen Laser, geben sie weitere Photonen ab.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Wellencharakter des Laserlichts<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\nLicht bewegt sich in Wellen. Gew\u00f6hnliches sichtbares Licht, z. B. von einer Gl\u00fchbirne oder Taschenlampe, setzt sich aus vielen Wellenl\u00e4ngen oder Farben zusammen und ist inkoh\u00e4rent, d. h. die Wellenberge und -t\u00e4ler bewegen sich mit unterschiedlichen Wellenl\u00e4ngen und in unterschiedliche Richtungen. In einem Laserstrahl sind die Lichtwellen “koh\u00e4rent” – ein Strahl von Photonen, die sich in dieselbe Richtung, mit derselben Wellenl\u00e4nge bewegen. Dies wird erreicht, indem geladene Elektronen durch ein optisches “Verst\u00e4rkungsmedium”, z. B. ein festes Material wie Glas oder ein Gas, geschickt werden.\n<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Wellenl\u00e4nge des Laserlichts<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\nDie spezifische Wellenl\u00e4nge des Lichts h\u00e4ngt von der Energiemenge ab, die freigesetzt wird, wenn das angeregte Elektron auf eine niedrigere Umlaufbahn f\u00e4llt. Die eingebrachte Energie kann je nach Material des Verst\u00e4rkungsmediums angepasst werden, um die gew\u00fcnschte Strahlfarbe zu erzielen. Ein Spiegel auf einer Seite des optischen Materials des Lasers reflektiert das Photon zur\u00fcck zu den Elektronen. Der Raum zwischen den Spiegeln oder “Hohlraum” ist so gestaltet, dass das f\u00fcr eine bestimmte Art von optischem Verst\u00e4rkungsmedium gew\u00fcnschte Photon in das Medium zur\u00fcckgef\u00fchrt wird, um die Emission eines nahezu exakten Klons dieses Photons zu stimulieren. Beide Teilchen bewegen sich in die gleiche Richtung und mit der gleichen Geschwindigkeit, um an einem weiteren Spiegel auf der anderen Seite abzuprallen und den Klonprozess zu wiederholen. Aus zwei werden vier, aus vier werden acht und so weiter, bis die Photonen so verst\u00e4rkt sind, dass sie alle in perfekter Harmonie durch die Spiegel und das optische Material laufen. Stellen Sie sich diese als synchronisierte Mitglieder einer Marschkapelle bei einer Parade vor. Diese Kombination verleiht dem Laser seine Leistung. Laserstrahlen k\u00f6nnen \u00fcber gro\u00dfe Entfernungen hinweg scharf geb\u00fcndelt bleiben, sogar bis zum Mond und zur\u00fcck. Ein einfacher Laser, wie z. B. der rote Rubinlaser, besteht aus einem Stab aus Rubinkristallen mit einem Spiegel an jedem Ende und einem Blitzlicht. Das Licht der Blitzlampe f\u00fcgt dem Stab Energie zu, regt die Rubinatome an und erzeugt Lichtteilchen, so genannte Photonen. Die Photonen treffen auf die Atome und erzeugen immer mehr Photonen, die zwischen den Spiegeln des Stabes hin und her springen. Die Anzahl der Photonen wird so gro\u00df, dass sie einen der teilweise reflektierenden Spiegel durchdringen und ein Laserstrahl austritt.\n<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Laser \u00fcberall um uns herum<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Laserverst\u00e4rker am NIF zur Erzeugung eines 500 TW-Pulses. Von Lawrence Livermore National Laboratory - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https:\/\/commons.wikimedia.org\/w\/index.php?curid=20512199<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Laser gibt es seit 1960, auch wenn die Idee auf das Jahr 1900 zur\u00fcckgeht (siehe “Das Erbe des Lasers und die Pioniere der Laserfusion”). Heutzutage gibt es Laser in vielen Gr\u00f6\u00dfen, Formen, Farben und Leistungsstufen, und sie werden f\u00fcr alles M\u00f6gliche verwendet, von Operationen in Krankenh\u00e4usern bis hin zu Barcode-Scannern im Lebensmittelgesch\u00e4ft und sogar f\u00fcr die Wiedergabe von Musik, Filmen und Videospielen zu Hause. Vielleicht haben Sie sich einer LASIK-Operation unterzogen, bei der Ihre Sehkraft mit einem winzigen Laser korrigiert wird. Einige Laser, wie z. B. Rubinlaser, senden kurze Lichtimpulse aus. Andere, wie Helium-Neon-Laser oder Fl\u00fcssigfarbstofflaser, emittieren kontinuierliches Licht. Die NIF sendet wie der Rubinlaser Lichtpulse aus, die nur Milliardstelsekunden dauern. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Das Laserlicht muss nicht sichtbar sein. Die NIF-Strahlen beginnen als unsichtbares Infrarotlicht und durchlaufen dann spezielle Optiken, die sie in sichtbares gr\u00fcnes Licht und anschlie\u00dfend in unsichtbares hochenergetisches ultraviolettes Licht umwandeln, um eine optimale Wechselwirkung mit dem Ziel zu gew\u00e4hrleisten. Laser k\u00f6nnen winzige Mikrochip-Komponenten sein oder so riesig wie das NIF, der gr\u00f6\u00dfte und energiereichste Laser der Welt, der in einem 10 Stockwerke hohen und drei Fu\u00dfballfelder breiten Geb\u00e4ude untergebracht ist.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Laser - medizinische Anwendungen<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\nLaser werden h\u00e4ufig in der Medizin eingesetzt. Dazu geh\u00f6ren. Beseitigung von Nierensteinen, nicht-invasive Chirurgie, Krebsdiagnose und Strahlentherapie, Korrektur der Augenlinse, faseroptische Endoskopie zur Erkennung von Magen- und Zw\u00f6lffingerdarmgeschw\u00fcren, Behandlung von Lungen- und Lebererkrankungen, Untersuchung von Mikroorganismen und Zellen, Unterst\u00fctzung chemischer Reaktionen, Erzeugung von Plasma, Entfernung von Polypen, Entfernung von Zahnfragmenten und Zahnmark, die von Gangr\u00e4n und Nekrose betroffen sind, sowie in der plastischen Chirurgie.\n<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Laser - Anwendungen in der Kommunikation<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\nLaserlicht wird auch in der Kommunikation im weitesten Sinne eingesetzt. Beispiele sind die Daten\u00fcbertragung \u00fcber gro\u00dfe Entfernungen mittels Glasfaserkabeln mit geringem Signalverlust, die Unterwasserkommunikation und die Kommunikation im Weltraum mittels Radar und Satelliten.\n<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Laser - industrielle Anwendungen<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\nEine weitere Branche, die ein riesiges Feld f\u00fcr Laseranwendungen darstellt, ist die Industrie im weitesten Sinne. Glas und Quarz k\u00f6nnen mit Lasern geschnitten werden. In der Elektronikindustrie werden Laser bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und integrierten Schaltkreisen eingesetzt – besonders erw\u00e4hnenswert sind hier Ultraviolettlaser, die in fotolithografischen Verfahren, z. B. bei der Herstellung von Leiterplatten, Mikroprozessoren und anderen integrierten Schaltkreisen, verwendet werden. Laser k\u00f6nnen auch zum Scannen von Barcodes und QR-Codes auf Produktverpackungen verwendet werden. Laser werden auch eingesetzt, um Aerosold\u00fcsen und Kontroll\u00f6ffnungen mit der erforderlichen Pr\u00e4zision zu bohren.\n<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Laser in wissenschaftlichen und technischen Anwendungen<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\nOhne Laser w\u00e4re die moderne Forschung und Entwicklung viel schwieriger durchzuf\u00fchren. Dabei hilft unter anderem der Laser. bei der Untersuchung der Brownschen Bewegung von Teilchen. Mit einem Helium-Neon-Laser wurde nachgewiesen, dass die Lichtgeschwindigkeit in alle Richtungen gleich ist. Mit Hilfe des Lasers l\u00e4sst sich auch die Anzahl der Atome in einer Substanz berechnen. Laser werden in Computern eingesetzt, um gespeicherte Informationen von einer CD abzurufen, auf der die Daten in bin\u00e4rer Form gespeichert sind. Sie werden zur Messung gasf\u00f6rmiger Schadstoffe und anderer Luftschadstoffe verwendet und sind daher unter anderem in Staubsensoren zu finden. In der Astronomie helfen Laser bei der genauen Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit der Erde. Sie sind auch eine wichtige Arbeitskomponente von Computerdruckern. Sie k\u00f6nnen auch verwendet werden, um dreidimensionale Bilder im Raum zu erzeugen, ohne ein Objektiv zu verwenden. Laser werden eingesetzt, um seismische Ersch\u00fctterungen und Nuklearexplosionen unter Wasser aufzusp\u00fcren. Der Galliumarsenid-Diodenlaser kann zur Errichtung eines unsichtbaren Zauns verwendet werden, um bewachte Bereiche vor unbefugtem Eindringen zu sch\u00fctzen.\n<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Laser in milit\u00e4rischen Anwendungen<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\nAuch die Milit\u00e4rtechnik im weitesten Sinne des Wortes kommt ohne Laser nicht aus. Ein Beispiel hierf\u00fcr sind Laser-Entfernungsmesser, die zur Bestimmung der Entfernung zu einem Objekt verwendet werden. Das Ringlaserkreiselger\u00e4t wird zur Erkennung und Messung des sehr kleinen Drehwinkels von sich bewegenden Objekten eingesetzt. Laser k\u00f6nnen als verdeckte Beleuchtungsger\u00e4te f\u00fcr hochpr\u00e4zise Nachtsicht eingesetzt werden und auch zur Verteilung der Energie von Gefechtsk\u00f6pfen, indem sie das Projektil besch\u00e4digen. Dar\u00fcber hinaus wird Laserlicht in LIDAR-Systemen verwendet, um die Entfernung zu einem Objekt genau zu messen.\n<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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