Warum geht es bei Lasern um Watt und Joule?

Wenn man über Laser spricht, hört man ständig Begriffe wie „50 W“ oder „1 mJ pro Puls“. Aber was bedeutet das eigentlich? Ganz einfach:

• Watt (W) beschreibt die Leistung – also wie schnell Energie abgegeben wird (Energie pro Sekunde).
• Joule (J) beschreibt die Energie – also wieviel Energie insgesamt in einem Puls oder Zeitraum steckt.

Beide Größen gehören untrennbar zusammen: 1 Watt = 1 Joule pro Sekunde. Wenn du also weißt, wie viel Energie ein Laser abgibt und wie lange er das tut, kannst du daraus berechnen, wie stark oder „heiß“ der Prozess wird.^[1]

Energie (Joule) – wie viel „Arbeit“ ein Puls verrichtet

Ein Joule ist die Einheit für Energie. Es beschreibt, wie viel Arbeit der Laser verrichten kann. Beispiel: Wenn ein Laser 1 J auf einen Punkt abgibt, ist das so viel Energie, wie nötig wäre, um ein Gewicht von 1 Newton (≈100 g) um 1 Meter anzuheben.

In der Lasertechnik bedeutet das:

• 1 Joule = Energie, die pro Puls oder über eine bestimmte Zeit abgegeben wird.
• Kleine Pulse (z. B. 0,1 mJ) sind ideal zum Gravieren oder Markieren.
• Große Pulse (z. B. mehrere Joule) werden für Schneiden oder Schweißen genutzt.

Die Energie hängt stark von der Pulsdauer und Frequenz ab – also wie lange ein Puls dauert und wie oft er pro Sekunde abgegeben wird.^[2]

Leistung (Watt) – wie schnell Energie fließt

Watt gibt an, wie viel Energie der Laser pro Sekunde liefert:

1 W = 1 Joule / Sekunde

Ein 50-W-Laser gibt also jede Sekunde Energie im Wert von 50 Joule ab – egal ob als Dauerstrahl (CW, Continuous Wave) oder verteilt auf Pulse. Das ist vergleichbar mit einem Wasserhahn: Watt sagt, wieviel Wasser pro Sekunde fließt, Joule sagt, wieviel insgesamt herauskam.

• Dauerlaser (CW): konstante Leistung, z. B. CO₂-Laser mit 40–100 W.
• Pulslaser: Leistung variiert stark, z. B. MOPA-Faserlaser mit 0,5–2 mJ pro Puls bei 50–200 kHz.

Selbst wenn beide im Mittel 50 W haben, ist die Wirkung sehr unterschiedlich: Ein Pulslaser konzentriert die Energie zeitlich – das ergibt tausendfach höhere Spitzenleistungen.^[3]

Durchschnittsleistung vs. Spitzenleistung

Bei Pulslasern unterscheidet man:

• Durchschnittsleistung (Average Power): Der Mittelwert über Zeit, z. B. 50 W – was du meist im Datenblatt siehst.
• Spitzenleistung (Peak Power): Die Energie innerhalb eines Pulses geteilt durch die Pulsdauer – oft mehrere Kilowatt oder Megawatt für extrem kurze Pulse.

Beispiel:

Energie pro Puls = 0,5 mJ (0,0005 J)
Pulsdauer = 100 ns (0,0000001 s)
Peak Power = 0,0005 / 0,0000001 = 5.000 W (5 kW)

Obwohl der Laser im Mittel vielleicht nur 50 W hat, erreicht er im Puls eine Spitzenleistung von 5 kW – genug, um Metall zu schmelzen oder zu verdampfen. ^[4]

Zusammenhang von Leistung, Energie, Pulsdauer und Frequenz

Die vier wichtigsten Größen hängen direkt zusammen:

Durchschnittsleistung (W) = Pulsenergie (J) × Pulsfrequenz (Hz)

Das heißt:

• Je mehr Energie pro Puls → desto mehr Gesamtleistung (bei gleicher Frequenz).
• Je mehr Pulse pro Sekunde → desto mehr Gesamtleistung (bei gleicher Energie).
• Aber: Erhöht man die Frequenz, muss die Pulsenergie sinken, damit die Durchschnittsleistung gleich bleibt.

Darum ergibt sich bei Lasern oft ein Kompromiss zwischen Leistung, Tiefe und Oberflächenqualität. ^[5]

Beispiele aus der Praxis

Einfluss auf das Gravur- oder Schneidverhalten

• Hohe Leistung (W): schnelleres Schneiden, aber Gefahr von Brandspuren oder Überhitzung.
• Hohe Pulsenergie (J): tieferer Materialabtrag pro Puls – nützlich bei Tiefengravur oder Metallbearbeitung.
• Kleine Pulsdauer (ns): Energie konzentriert sich zeitlich → „kalte“ Bearbeitung mit wenig Schmelze.
• Hohe Frequenz (kHz): gleichmäßigere Gravuren, aber flacher Abtrag.

Die Kunst der Laserparameter besteht darin, diese vier Werte (Leistung, Pulsenergie, Frequenz, Dauer) so zu kombinieren, dass Material und Ziel harmonieren. ^[6]

Warum Herstellerangaben oft verwirren

• „50 W Laser“ kann bedeuten: 50 W Durchschnittsleistung oder 50 W Spitzenleistung – das ist nicht dasselbe!
• Manche Werbeangaben beziehen sich auf elektrische Eingangsleistung, nicht auf optische Ausgangsleistung.
• Pulslaser mit 20 W Durchschnittsleistung können Metall besser gravieren als ein 50-W-Dauerlaser – wegen der hohen Spitzenleistung.

Darum ist es wichtig, bei Datenblättern immer zu prüfen, ob Durchschnittsleistung oder Pulsenergie gemeint ist. ^[7]

Einfacher Vergleich aus dem Alltag

Stell dir Leistung (W) und Energie (J) wie Wasser und Eimer vor:

• Leistung (W): Wie stark der Wasserhahn läuft (Flussgeschwindigkeit).
• Energie (J): Wie viel Wasser im Eimer landet (Gesamtmenge).

Wenn der Hahn stark läuft (viel Watt), füllt sich der Eimer schnell (mehr Joule in kurzer Zeit). Wenn er nur tropft (wenig Watt), dauert es länger, bis dieselbe Energiemenge erreicht ist.

Sicherheit & Umgang mit hoher Laserleistung

Leistung und Energie bestimmen auch das Gefahrenpotenzial eines Lasers:

• Hohe Watt-Zahl → größere thermische Wirkung, Brandgefahr, Reflexionen.
• Hohe Pulsenergie → punktuell sehr hohe Intensitäten, gefährlich für Augen (Retinaschäden) und Haut.
• Unsichtbare Infrarotstrahlung (z. B. bei Faserlaser) bleibt besonders heimtückisch, da das Auge nicht reagiert.

Deshalb gelten Laserschutzmaßnahmen (siehe Laserklasse und Laserschutzbrille): Auch bei niedriger Durchschnittsleistung kann der Strahl extrem gefährlich sein, wenn Pulsenergie und Fokus stark genug sind. ^[8]

Kurz zusammengefasst

Watt beschreibt, wie schnell Energie fließt. Joule beschreibt, wie viel Energie insgesamt abgegeben wird. Beides hängt eng mit Pulsdauer, Frequenz und Wellenlänge zusammen. Für feine Gravuren zählt die Energie pro Puls (Joule), für schnelles Schneiden die Gesamtleistung (Watt). Das richtige Gleichgewicht ist entscheidend für Qualität, Geschwindigkeit und Sicherheit.

Quellen

1. Wikipedia – Physikalische Leistung (Definition Watt)
2. Wikipedia – Joule (Energieeinheit)
3. TRUMPF – Laserbearbeitung und Leistungsdichte
4. Edmund Optics – Average & Peak Power erklärt
5. RP Photonics – Durchschnittsleistung, Pulsenergie & Frequenz
6. Trotec – Laserparameter & Materialreaktionen
7. OMTech – Laserleistung richtig verstehen
8. BG ETEM – Laserstrahlung & Gefährdungsbewertung