Prinzipien und Arten vonLaser
Was ist ein Laser?
LASER (Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung); Um sich ein besseres Bild zu machen, sehen Sie sich die Abbildung unten an:
Ein Atom, das sich auf einem höheren Energieniveau befindet, geht spontan auf ein niedrigeres Energieniveau über und emittiert dabei ein Photon. Dieser Vorgang wird als spontane Strahlung bezeichnet.
Man kann sich das Phänomen folgendermaßen vorstellen: Ein Ball befindet sich in seiner optimalen Position am Boden. Wird er durch eine äußere Kraft in die Luft befördert (man spricht vom Pumpen), fällt er, sobald die Kraft nachlässt, aus großer Höhe und gibt dabei eine bestimmte Energiemenge ab. Wäre der Ball ein bestimmtes Atom, so würde dieses Atom bei diesem Übergang ein Photon einer bestimmten Wellenlänge aussenden.
Klassifizierung von Lasern
Nachdem die Menschen das Prinzip der Lasererzeugung verstanden hatten, begannen sie, verschiedene Laserformen zu entwickeln. Nach dem verwendeten Arbeitsmaterial lassen sich Laser beispielsweise in Gaslaser, Festkörperlaser und Halbleiterlaser unterteilen.
1. Klassifizierung von Gaslasern: Atom, Molekül, Ion;
Das Arbeitsmedium eines Gaslasers ist Gas oder Metalldampf. Er zeichnet sich durch einen breiten Wellenlängenbereich im Laseremissionsbereich aus. Am häufigsten wird ein CO₂-Laser verwendet, bei dem CO₂ als Arbeitsmedium dient, um durch Anregung mittels elektrischer Entladung einen Infrarotlaser mit einer Wellenlänge von 10,6 µm zu erzeugen.
Da das Arbeitsmedium des Gaslasers Gas ist, ist seine Gesamtstruktur zu groß und seine Wellenlänge zu lang, was zu einer unzureichenden Materialbearbeitung führt. Daher verschwanden Gaslaser schnell vom Markt und wurden nur noch in bestimmten Bereichen eingesetzt, beispielsweise zur Lasermarkierung bestimmter Kunststoffteile.
2, FestkörperlaserKlassifizierung: Rubin, Nd:YAG usw.;
Das Arbeitsmaterial des Festkörperlasers ist beispielsweise Rubin, Neodymglas, Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) usw., wobei eine kleine Menge von Ionen gleichmäßig in den Kristall oder das Glas des Materials als Matrix eingebettet ist; diese Ionen werden als aktive Ionen bezeichnet.
Der Festkörperlaser besteht aus einem Arbeitsmedium, einem Pumpsystem, einem Resonator sowie einem Kühl- und Filtersystem. Das schwarze Quadrat in der Mitte des Bildes unten stellt einen Laserkristall dar. Dieser sieht aus wie helles, transparentes Glas und besteht aus einem mit Seltenerdmetallen dotierten transparenten Kristall. Die spezielle Atomstruktur der Seltenerdmetalle führt bei Lichteinfall zu einer Inversion der Teilchenpopulation (vergleichbar mit vielen Kugeln, die vom Boden in die Luft geschleudert werden). Beim Übergang der Teilchen in den Laserzustand werden Photonen emittiert. Sobald genügend Photonen vorhanden sind, entsteht Laserlicht. Um sicherzustellen, dass das Laserlicht in eine Richtung austritt, werden Vollspiegel (linke Linse) und halbdurchlässige Auskoppelspiegel (rechte Linse) verwendet. Nach dem Austritt durchläuft das Laserlicht eine spezielle optische Konstruktion, wodurch die Laserenergie gebündelt wird.
3, Halbleiterlaser
Bei Halbleiterlasern kann man sich das Prinzip einer Fotodiode einfach vorstellen. In der Diode befindet sich ein PN-Übergang. Wird ein bestimmter Strom angelegt, kommt es im Halbleiter zu einem elektronischen Übergang, der Photonen freisetzt und somit Laserlicht erzeugt. Ist die vom Halbleiter abgegebene Laserenergie gering, kann das leistungsschwache Halbleiterbauelement als Pumpquelle (Anregungsquelle) verwendet werden.FaserlaserSo entsteht der Faserlaser. Wird die Leistung des Halbleiterlasers weiter so weit erhöht, dass er direkt zur Materialbearbeitung eingesetzt werden kann, spricht man von einem direkten Halbleiterlaser. Aktuell erreichen direkte Halbleiterlaser auf dem Markt Leistungen von bis zu 10.000 Watt.
Neben den bereits erwähnten Lasern wurden auch Flüssigkeitslaser, auch Brennstofflaser genannt, entwickelt. Flüssigkeitslaser sind hinsichtlich Volumen und Arbeitsmedium komplexer als Feststofflaser und werden daher selten eingesetzt.
Veröffentlichungsdatum: 15. April 2024