Laser

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Anwendungen des Lasers

Laser können für eine kaum überschaubare Fülle von Aufgaben eingesetzt werden. Sie sind zu unentbehrlichen Hilfsmitteln in Industrie, Forschung und Wissenschaft, auf dem Kommunikationssektor, in Medizin, Militärtechnologie und vielen Bereichen der Kunst geworden.

5.1

Laser in der Industrie

Die Strahlen sehr starker Laser können gebündelt und auf einen sehr kleinen Punkt mit enormer Leistungsdichte konzentriert werden. Dementsprechend kann mit derart gebündelten Strahlen ein bestimmtes Material präzise erhitzt, geschmolzen oder verdampft werden. So können Laser z. B. eingesetzt werden, um Löcher in Diamanten zu bohren, um Maschinenteile auszuformen, um Bauteile der Feinelektronik abzustimmen, zur Wärmebehandlung von Halbleiterchips, zum Zuschneiden von Modeschnittmustern, zur synthetischen Herstellung neuartiger Materialien und für den Versuch, kontrollierte Kernfusion in Gang zu setzen. Die lichtintensiven Kurzzeitpulse, die mit Lasern erzeugt werden können, ermöglichen Hochgeschwindigkeitsphotographie mit Belichtungszeiten von weniger als einer billionstel Sekunde. Die in hohem Maß richtungstreuen Laserstrahlen werden auch zur Ausrichtung im Straßen- und Hochbau eingesetzt. Mit Hilfe von Lasern gelingt mittlerweile auch die Gravur und Verzierung von Glasobjekten.

Man benutzt Laser auch, um Bewegungen der Erdkruste zu beobachten sowie für Aufgaben der Erdvermessung und des Vermessungswesens allgemein. Laser zählen zu den besten Instrumenten für die Bestimmung mancher Formen von Luftverschmutzung. Darüber hinaus dienen Laser der genauen Vermessung des Abstands von der Erde zum Mond und bei Versuchen zur Relativitätstheorie. Sehr schnelle lasergesteuerte Schalter für den Einsatz in Teilchenbeschleunigern werden gegenwärtig entwickelt, und man beherrscht bereits Methoden, eine kleine Anzahl von Atomen in einer Vakuumatmosphäre mit Laserstrahlen auf einer festen Position zu halten, um genauestmögliche Studien an ihren Spektren durchzuführen.

Ein Problem bei der Anwendung von Lasertechnik in der Mikroelektronik sowie zur Bearbeitung von Halbleiterbauelementen konnte vor kurzem gelöst werden. Die Bündelung und Stärke eines herkömmlichen Lasers ist für diese sich zum Teil im Mikrometerbereich bewegenden extremen Feinarbeiten zu grob. Mit üblichen Methoden lassen sich Strahldurchmesser von etwa zwei zehntel Millimeter erreichen. Einer Forschergruppe der TU Berlin gelang es 1997 einen viel feineren Laserstrahl zu erzeugen. Physikalischer Hintergrund ist ein – bereits bekannter – Effekt, die so genannte stimulierte Brillouin-Streuung (abgekürzt: SBS). Bei einem herkömmlichen Laser wird die Lichtbündelung durch die Erwärmung des Lasermaterials bei Betrieb negativ beeinflusst. Zur Korrektur brachten die Berliner Forscher einen so genannten SBS-Spiegel zum Einsatz. Dieser fasst praktisch das gesamte, aus dem erwärmten Laserkristall kommende Licht zusammen und wirft es in den Kristall zurück, wo es schließlich wieder verstärkt wird. Als Spiegelmaterial nutzten die Forscher Kabel aus Glasfasern und erreichten damit Strahldurchmesser von nur wenigen Tausendsteln eines Millimeters.

5.2

Laser in Forschung und Wissenschaft

Weil Laserlicht ein hohes Maß an Richtungstreue (geringe Strahlaufweitung) bietet und monochromatisch ist (also äußerst farbrein), können schon geringste von bestimmten Materialien verursachte Lichtstreuungseffekte oder minimale Frequenzverschiebungen ohne großen Aufwand nachgewiesen werden. Durch Messung solcher Veränderungen konnten Wissenschaftler erfolgreich molekulare Strukturen untersuchen. Mit dem Einsatz von Lasern war es möglich, die Lichtgeschwindigkeit mit einer zuvor unerreichten Genauigkeit zu bestimmen, chemische Reaktionen können mit ihrer Hilfe gezielt in Gang gesetzt werden, und das Vorhandensein von Spurenelementen in Analyseproben lässt sich genau feststellen. Siehe chemische Analyse; Photochemie

Laser kommen ebenfalls zur Untersuchung chemischer Reaktionen oder zur Erforschung von Prozessen im Innern des Atomkerns zum Einsatz. Bei diesen Experimenten nutzt man Laserpulse, die eine Dauer von billiardstel Sekunden (und noch kürzer) besitzen. So konnte beispielsweise 1999 der Übergangszustand einer chemischen Reaktion mittels einer Ultrahochgeschwindigkeitskamera photographisch festgehalten werden, die mit Laserpulsen im Femtosekundenbereich (10^-15 Sekunden) arbeitet (siehe Ahmed H. Zewail). Noch kürzere Pulse konnten Experten von der TU Wien Ende 2001 produzieren. Dem Team gelang es, Pulsdauern im Attosekundenbereich (10^-18 Sekunden) zu erzeugen. Siehe auch Lasermikroskopie

5.3

Laser in der Kommunikation

Laserlicht kann im Weltraum große Entfernungen durchlaufen, ohne in seiner Signalstärke nennenswert abgeschwächt zu werden. Aufgrund seiner hohen Frequenz kann Laserlicht beispielsweise das Tausendfache dessen an Fernsehprogrammen übertragen, was derzeit mit Mikrowellen möglich ist. Daher sind Laser ideale Kommunikationsmedien im Weltall. Zur irdischen Kommunikation über Telefone oder in Computersystemen wurden zur Übertragung von Laserlicht verlustarme optische Fasern entwickelt (siehe Faseroptik). Lasertechniken werden auch zur Informationsaufzeichnung mit hoher Speicherungsdichte benutzt. Zum Beispiel erleichtert die Lasertechnik das Aufzeichnen eines Hologramms, aus dem mit Hilfe eines Laserstrahles ein dreidimensionales Bild zurückgewonnen werden kann (siehe Holographie).

5.4

Laser in der Medizin

Intensive gebündelte Laserstrahlen können in Sekundenbruchteilen bestimmte Körpergewebe durchtrennen und ausbrennen, ohne das umliegende gesunde Gewebe zu beschädigen. Laser finden auch Einsatz zum Wiederanbringen der Retina bei Netzhautablösung, um Löcher in Knochen zu bohren und zum Veröden von Blutgefäßen. Für Labortests an kleinen biologischen Proben sind ebenfalls lasergestützte Methoden entwickelt worden.

Für operative Eingriffe im Mund- und Kieferbereich finden spezielle Lasergeräte auch in der Zahnmedizin Anwendung, z. B. zur Behandlung von Zahnfleischerkrankungen oder bei Wurzelbehandlungen.