Laserstrahlen

Was sind Laserstrahlen?

Der Begriff „Laser“ steht im Englischen für „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“, was übersetzt „Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung“ bedeutet. Ein Laser ist eine außergewöhnliche Lichtquelle, die einen Strahl erzeugt, der aus Wellen besteht, die als Wellenlängen bezeichnet werden. Verschiedene Lichtarten haben unterschiedliche Wellenlängen; zum Beispiel ist Blau eine kürzere Welle als Rot. Laserstrahlen können gebündelt und auf einen sehr kleinen Punkt gerichtet werden und finden Anwendung in zahlreichen Bereichen und Technologien.

Typen von Laserstrahlen

Es gibt verschiedene Typen von Lasern, darunter:

• Ultraviolette Laser: Diese verwenden reaktive Gase wie Chlor oder Fluor, die mit Edelgasen wie Argon, Xenon oder Krypton gemischt werden. Wenn diese Gase elektrisch angeregt werden, entsteht ein primitiver Molekülkomplex, der beim Emittieren Licht im ultravioletten Bereich erzeugt.
• Festsymmetrie-Laser: Diese Laser enthalten Materialien, die in einem festen Medium verteilt sind; zum Beispiel emittiert ein Neodym-Laser infrarotes Licht mit einer Wellenlänge von 1064 Nanometern.
• Halbleiterlaser: Diese Geräte sind in der Regel sehr klein und benötigen eine niedrige Energiezufuhr; sie sind vom festen Laser zu unterscheiden und kommen häufig in größeren Systemen wie Druckern oder CD-Playern zum Einsatz.
• Gaslaser: HeLium- und Helium-Neon-Gaslaser sind die bekanntesten Typen und erzeugen überwiegend rotes sichtbares Licht. Der Kohlenstoffdioxid-Laser hingegen liefert Energie im infraroten Bereich und wird häufig zum Schneiden von festen Materialien verwendet.
• Farblaser: Diese Laser nutzen komplexe organische Farbstoffe, wie beispielsweise Rhodamin 6G, die in einer flüssigen Lösung angewendet werden, und ihre Wellenlängen sind weitgehends einstellbar.

Anwendungen von Laserstrahlen

Scanner

Der Scanner, der in Einzelhandelsgeschäften verwendet wird, enthält einen rotierenden Spiegel, der einen roten Strahl überprüft, wenn der Mitarbeiter Waren durch diesen Strahl bewegt. Optische Sensoren erfassen das reflektierte Licht von den auf den Produkten aufgedruckten Barcode-Mustern, entschlüsseln diese Codes und übermitteln die Informationen an einen Computer, der die Preise der Produkte auf die Rechnung addiert.

Industrielle Anwendungen

Die Energie von Laserstrahlen, die auf kleine Punkte oder über kurze Zeiträume konzentriert werden, kann enorm sein, auch wenn die Gesamtenergie eines Laserstrahls klein erscheint. Laser weisen zudem besondere Eigenschaften auf, die es ihnen ermöglichen, anspruchsvolle Aufgaben zu erfüllen, obwohl sie viel teurer sind als mechanische Bohrer oder Schneidwerkzeuge. Laserstrahlen verursachen keine Verformung flexibler Materialien wie herkömmliche Bohrer, was das Bohren von Löchern in verschiedene Materialien ermöglicht, beispielsweise das Stanzen von Löchern in weiche Gummisauger für Babyflaschen oder das Schneiden extrem harter Materialien wie Diamanten zur Drahtherstellung.

Medizinische Anwendungen

Eine der bedeutendsten medizinischen Anwendungen von Lasern ist die chirurgische Ablation von Gewebe. Kohlendioxidlaser können Gewebe verbrennen, da das Wasser, das den größten Teil lebender Zellen ausmacht, Infrarotstrahlung absorbiert. Laser können verwendet werden, um Blutungen in stark durchbluteten Geweben wie der weiblichen Geschlechtsorgane oder des Zahnfleisches zu stoppen. Zudem kommen sie beim Kauterisieren von Wunden zum Einsatz. Schwächere Laserpulse werden verwendet, um abnormale Blutgefäße, die bei diabetischen Patienten die Netzhaut durchdringen, zu zerstören, was das Risiko eines mit der Krankheit verbundenen Erblindungsrisikos verringert.

Längere Laserstrahlen, die etwa eine Wellenlänge von einem Mikrometer haben, können das Auge durchdringen, um eine abgelenkte Netzhaut wieder an ihren Platz zu bringen oder um innere Schichten, die oft nach einer Kataraktoperation trübe werden, zu entfernen. Eine weitere medizinische Anwendung von Lasern ist die Behandlung von Hautkrankheiten. So können gepulste Laser verwendet werden, um dunkle rote Geburtsmale und bestimmte Arten von Tätowierungen zu entfernen. Kosmetische Laserbehandlungen umfassen die Haarentfernung und die Milderung von Falten.

Messtechnik

Laserstrahlen werden in der optischen Messtechnik eingesetzt, um äußerst präzise Messungen des Standorts und der Oberfläche in der Navigation zu erhalten. Sie werden auch in der optischen Probenahme zur Charakterisierung von Mikrochips verwendet, wie beispielsweise in der Mikrowellenoptik. Darüber hinaus ermöglichen Optikfasersensoren, die in der Kommunikation eingesetzt werden, die Datenübertragung über lange Entfernungen im freien Raum, insbesondere in Satellitenkommunikationssystemen, indem sie parallele Strahlen erzeugen.

Militärbereich

Laserstrahlen werden als gerichtet eingesetzte Energiewaffen im Militär verwendet, um Raketen, Granaten und Minen zu zerstören. Zudem dienen sie als Zielvorrichtungen und können eingesetzt werden, um den Vorstoß von Soldaten zu behindern, indem sie Sichtbehinderungen oder vorübergehende Blindheit verursachen.

Schäden durch Laserstrahlen

Die Gefahren, die durch Laserstrahlen entstehen, sind vielfältig und können sowohl direkte Auswirkungen auf die Gesundheit des Menschen als auch Umweltauswirkungen haben. Nachfolgend sind einige der bedeutendsten Schäden aufgeführt:

• Augenschäden: Laserstrahlen können direkte Schäden an den menschlichen Augen verursachen, wenn ein schmaler Energiebeam von nur 1 Milliwatt auf die Netzhaut konzentriert wird. Dies geschieht, weil der pigmenthaltige Bereich der Netzhaut, der das Licht absorbiert, überhitzt wird. Die Schwere des Schadens hängt von der Stärke des Strahlungslichts ab und kann zu einer leeren Stelle führen, die eine Netzhauttransplantation erfordert.
• Hautschäden: Die Exposition gegenüber Laserstrahlen über 10 Mikrowatt pro Sekunde kann zu schweren Verletzungen und Brandwunden führen. Der Schweregrad hängt dabei von der Absorptionsrate des Gewebes, der Dauer der Exposition und der Durchblutung ab. Die Verletzungen können von leichtem Rötungen bis zu Blasenbildung reichen und können im schlimmsten Fall das Risiko von Hautkrebs aufgrund chemischer Reaktionen des Lichts erhöhen.
• Stromschlag: Stromschläge sind die häufigste Todesursache, die mit der Verwendung von Lasersystemen verbunden ist. Diese ergeben sich normalerweise aus hochfrequenten Laserstrahlen, weshalb gefährliche Spannungen sorgfältig gehandhabt und geeignete Widerstände verwendet werden sollten.
• Luftverschmutzung: Laser können giftige Stoffe erzeugen; beispielsweise ist Fluor laser extrem giftig und kann im Labor Cadmiumdämpfe freisetzen. Daher wird empfohlen, Handschuhe zu tragen, für ausreichende Belüftung zu sorgen und schützende Kleidung zu tragen, um Augen und Haut zu schützen. Die Kontamination tritt auf, wenn die Laserstrahlen eine Leistung von über 1000 Watt überschreiten. Laser werden auch verwendet, um Stoffe zu schneiden, insbesondere gewebte Materialien, was flüchtige Verbindungen wie Salzsäure und Benzol freisetzen kann.
• Brand- und Explosionsgefahr: Die Gefahr eines Lasers liegt in seiner Fähigkeit, brennbare Lösungsmittel zu entzünden, die zu Explosionen führen können; daher sollten Kondensatoren in Stahltanks aufbewahrt werden.

Erweiterte Informationen über Laser

Es gibt einige wichtige avancierte Informationen über Laser, die folgende Punkte umfassen:

• Laser besitzen eine Kraft, die mit der einer Wasserstoffbombe vergleichbar ist.
• Das Licht von Lasern ist stabiler als Lichtquellen anderer Art.
• Laserstrahlen werden zum Gravieren von Diamanten verwendet.
• Laser wurden erstmals im Jahr 1974 zur Barcode-Scannung im Supermarkt eingesetzt.
• Laser werden in vielen Technologien und Metallbearbeitungsmaschinen verwendet, ebenso wie in der Augen- und Schönheitschirurgie. Dazu zählen Helium- und Neon-Gaslaser.
• Laser kommen auch bei NASA-Missionen zum Einsatz, um Gase in der Atmosphäre zu studieren und um Karten von Planeten und Monden zu erstellen.

Laserstrahlen sind eine Form von Lichtstrahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen, die in verschiedenen Typen wie ultravioletten und Gaslasern vorkommen. Ihre Anwendung reicht über verschiedene Bereiche in unserem täglichen Leben, sowohl in der Industrie als auch in der Medizin. Allerdings können sie bei unzureichenden Sicherheitsvorkehrungen erhebliche Schäden verursachen, insbesondere an Augen und Haut.