Laser – Licht, das Stahl schneidet

Kunstlicht

Laser – Licht, das Stahl schneidet

Sie sind längst nicht mehr nur in wissenschaftlichen Labors zu finden: die Laser. Täglich begegnen sie uns im Alltag in verschiedensten Formen.

Wie funktioniert ein Laser?

Die Grundlage zur Entwicklung des Lasers lieferte Albert Einstein. Bereits 1916 veröffentlichte er seine Idee von der "stimulierten Emission". Dieser Theorie zufolge erzeugt Material, das mit Energie bestrahlt wird, Lichtteilchen. Selbst überprüft hat Einstein diese These nie.

Erst Jahre später wurde seine Vermutung bestätigt und somit der Grundstein für die Entwicklung der ersten Laser gelegt.

Eine bunte Lasershow in einer Messehalle.

Aufregend vielseitig: das Laserlicht

Laser ist die Abkürzung für "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", also Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission.

Hinter dem komplizierten Namen steckt eine spezielle Methode, mit der Licht erzeugt und gebündelt wird. Die Laser-Technik basiert auf dem physikalischen Effekt der "stimulierten Emission".

Wenn man verschiedene Materialien (zum Beispiel Chrom oder Stickstoff) mit elektrischer Energie oder bestimmtem Licht beschießt, dann werden Atome angeregt und setzen Lichtteilchen (Photonen) frei.

Führt man noch mehr Energie zu, dann stoßen die Photonen auf weitere Atome im Material, die nun selbst wieder Lichtteilchen ausstrahlen.

Grüne Laserstrahlen beim Laborversuch

Grüne Laserstrahlen beim Laborversuch

Um das gewonnene Licht zu bündeln und noch intensiver zu machen, befinden sich im Inneren eines Laser-Geräts zwei Spiegel. Die Photonen werden zwischen ihnen hin- und hergeschossen und sorgen so dafür, dass immer mehr neue Lichtteilchen entstehen.

Einer der Spiegel im Laser ist minimal durchlässig und so kann etwa ein Prozent des erzeugten Lichts nach außen treten. Dieser winzige Anteil ist der typische Lichtstrahl, den wir bei einem Laser sehen.

Das Laserlicht

Ein Laser kann viele verschiedene Farben haben. Dies hängt von dem Material ab, aus dem die Lichtteilchen gewonnen werden. Verschiedene Materialien (genannt Medien) setzen langsamer oder schneller schwingende Teilchen frei. Die Länge der Schwingungen ist dafür verantwortlich, welche Farbe das Licht hat.

Da alle Lichtteilchen eines Lasers stets im selben Rhythmus schwingen, haben sie auch immer die selbe Farbe. Man spricht daher beim Laser von monochromatischem (einfarbigem) Licht. Die gleichen Schwingungen der Photonen sind jedoch nicht nur für die Farbe des Lasers verantwortlich.

Sie bewirken auch, dass das Licht sich auf einen Punkt konzentriert und nicht seitlich abstrahlt. Durch diese Bündelung erreicht das Laser-Licht seine enorme Energie.

Laserlicht unterscheidet sich deshalb zum Beispiel von dem einer Glühbirne, deren Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen in verschiedene Richtungen ausstrahlt.

Als Laser-Medium eignen sich nicht nur feste Stoffe (wie Kristalle), sondern auch Flüssigkeiten und verschiedene Gase. Je nach Medium kann Laser-Licht aus einem großen Bereich des optischen Lichtspektrums erzeugt werden – von Infrarot, über sichtbares Licht, bis hin zu ultraviolettem Licht.

Aufregend vielseitig: das Laserlicht

Der Laser ist in der Geschichte der Physik ein recht junges Phänomen. Die Einsteinsche Theorie der "stimulierten Emission" wurde erstmals 1928 vom deutschstämmigen US-Amerikaner Rudolf Ladenburg in einem Experiment nachgewiesen.

1954 baute der amerikanische Physiker Charles H. Townes den Vorgänger des Lasers, den Maser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Dieser verstärkte Mikrowellen auf die selbe Weise wie der Laser das Licht.

Ein Strichcode (Barcode) wird mit einem roten Scanner-Licht erfasst

Laser an der Supermarktkasse

Erst 1960 baute der kanadische Wissenschaftler Theodore Mainman den ersten funktionsfähigen Laser. Er verwendete dabei einen Rubin als Medium, um Photonen freizusetzen. Die umfangreichen Einsatzmöglichkeiten der neuen Technik inspirierten zahllose Wissenschaftler zur weiteren Erforschung des Laser-Phänomens.

Heute begegnet uns der Laser in vielen Bereichen des Alltags: Im Supermarkt überträgt ein Laser die Strichcodes der Produkte in die Kasse, die Laser in CD- und DVD-Spielern lesen Bildinformationen, Hologramme auf EC- und Kreditkarten werden mit Laserlicht angefertigt, Laser-Shows in Diskotheken schaffen eine mystische Atmosphäre.

Zudem eignen sich Laserstrahlen auch zur berührungsfreien Vermessung von Entfernungen und Oberflächen oder zum Schneiden und Schweißen von Gegenständen. Selbst Metall kann mit dem gebündelten Licht durchtrennt werden.

Moderne Laser-Medizin

Eines der wichtigsten Einsatzgebiete des Lasers ist die Medizin. Bereits kurz nach der Erfindung des Lasers untersuchten Mediziner die Wirkung von Laserstrahlen auf lebendiges Gewebe.

1962 behandelte der amerikanische Dermatologe Dr. Goldmann erstmals Hautkrankheiten mit Laserlicht. Nach seinem Erfolg bildeten sich zahlreiche Expertengruppen, die erforschten, wie man den Laser insbesondere in der Neurochirurgie und in der Urologie einsetzen könne.

Szene einer Laser-Augen-Operation: Das Auge wird mit Klammern offen gehalten.

Wieder scharf sehen dank Lasereinsatz

Da ein Laser sich sehr genau steuern lässt, wird er heute vor allem für Operationen eingesetzt, bei denen sehr präzise gearbeitet werden muss. Die bekannteste Laser-Operation ist wohl das "Weg-Lasern" einer Sehschwäche.

Dabei wird mit dem Laser zunächst ein winziger Schnitt an der Hornhaut gemacht. Danach wird diese umgeklappt und der Laser trägt hauchdünne Schichten der Hornhaut ab. Nach der Operation trifft das Licht wieder im richtigen Winkel auf die Linse des Auges und die Sehschwäche ist behoben.

Doch Laser werden in der Medizin nicht nur zum "Schneiden" eingesetzt. Ein weiteres umfangreiches Anwendungsgebiet ist die Kosmetik. Die Wellenlängen mancher Laser lösen in den Körperzellen verschiedene chemische Reaktionen aus.

Die Farbstoffe in den Hautzellen reagieren zum Beispiel sehr sensibel auf rotes Laserlicht. Bestrahlt man dunkle Pigmentflecken oder auch Tätowierungen mit dem Laser, werden die Farbpigmente aufgelöst und vom Körper abgebaut. Nach einigen Behandlungen verschwinden unliebsame Tätowierungen, Altersflecken oder dunkle Pigmentstörungen.

Autorin: Jennifer Dacqué

Stand: 23.12.2016, 12:00

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