Laser [ˈleɪ, Kurzbezeichnung für englisch light a

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Prinzip und Wirkungsweise

Zu den Grundlagen der Funktionsweise eines Lasers gehört im einfachsten Fall die Wechselwirkung einzelner Atome mit einem elektromagnetischen Strahlungsfeld. Wenn die Photonenenergie hν der elektromagnetischen Strahlung (h plancksches Wirkungsquantum, ν Frequenz) der Energiedifferenz E2 − E1 zwischen zwei Zuständen des Atoms (einem angeregten und einem energetisch niedriger liegenden Zustand) gleicht, können drei Arten von Wechselwirkung erfolgen:

  • Ein Atom kann ein
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Eigenschaften der Laserstrahlung

Die Eigenschaften der Laserstrahlung werden durch das Lasermedium, den optischen Resonator und den Pumpprozess bestimmt. Das Lasermedium gibt vor, in welchem Wellenlängenbereich induzierte Emission zur Lichtverstärkung führt. Der optische Resonator bestimmt, für welche

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Lasertypen

Die Klassifizierung von Laser ist historisch gewachsen und auf verschiedene Weise möglich. Häufig werden Laser nach Art des Lasermediums unterschieden, wobei Materialien aller Aggregatzustände verwendet werden:

  • Festkörperlaser nutzen dotierte Kristalle (zum Beispiel Rubine beim Rubinlaser) oder Gläser.
  • Halbleiter bilden eine eigene Laserklasse (Halbleiterlaser).
  • Flüssigkeiten werden oft als Lösungen von organischen Farbstoffmolekülen eingesetzt (Farbstofflaser), mitunter auch als farbstoffdotierte Polymere oder Flüssigkristalle.
  • Gaslaser nutzen elektrisch neutrale Atome oder Moleküle, Atom- oder Molekülionen beziehungsweise hochangeregte Plasmen.

Eine weitere Klassifizierung unterscheidet zwischen kontinuierlichen Lasern

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Anwendungen

Laser werden in nahezu allen Gebieten der Naturwissenschaften, Technik und Medizin, aber auch in Kunst und Unterhaltung angewendet. Grob lassen sich folgende Anwendungen des Lasers unterscheiden:

  • als berührungsloses Werkzeug (z. B. Schneiden, Schweißen, Bohren),
  • als intensive Lichtquelle (z. B. Flugplatzbeleuchtung, Lasershow, Hologrammrekonstruktion),
  • als schneller Informationsträger (z. B. optische Datenübertragung) und
  • als empfindliche Sonde (z. B. Entfernungsmessung, Kurzzeitmesstechnik, Spektralanalyse).

Optische Informations- und Kommunikationstechnik

Laser haben bei der optischen Informations- und Kommunikationstechnik herausragende Bedeutung und Laserdioden derzeit den größten Marktanteil. Zum Auslesen gespeicherter Information dienen die

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Entwicklungstrends

Ultimative Laser sind der Ein-Atom-Mikro-Laser, bei dem das aktive Medium aus einem einzigen in einer Teilchenfalle gespeicherten Atom besteht, und der Ein-Photon-Laser, in dem sich im zeitlichen Mittel nur ein Photon im Resonator aufhält. Wichtige Ziele der Grundlagenforschung sind auch die Entwicklung von Lasern mit

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Gesundheitsschutz

Laser haben zunehmend im beruflichen und privaten Bereich Anwendung gefunden. Das gilt überwiegend für Laser mit relativ geringer Leistung, die meist von Personen ohne umfassende Kenntnisse über mögliche Gefährdungen (besonders

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Geschichte

Mit der 1917 von A. Einstein vorausgesagten, 1928 von R. Ladenburg und H. Kopfermann in Gasen untersuchten induzierten Emission wurde erstmals 1940 durch den sowjetischen Physiker W. A. Fabrikant eine Lichtverstärkung erreicht. 1957 notierte G. Gould (* 1920, † 2005) in seinem Laborbuch erstmals das Akronym LASER für »Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation« und stellte Überlegungen zum Laserprinzip an. Die erste wissenschaftliche Veröffentlichung zur Anwendung des Maserprinzips auf Licht

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Werke

Weiterführende Literatur:

H. Weber u. G. Herziger: Laser. Grundlagen und Anwendungen (1985);
E. Siegman: Lasers (1986);
H. Weber: Laser. Eine revolutionäre
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Quellenangabe
Brockhaus, Laser. http://brockhaus.de/ecs/enzy/article/laser