Laserstrahlung
Laserstrahlung
Was ist Laserstrahlung?
Laserstrahlung ist eine besondere Form von Licht. Anders als das Licht aus einer Glühbirne oder Sonne ist Laserlicht nicht diffus, sondern extrem gebündelt und geordnet. Das Wort LASER steht für „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“ – also „Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung“. [1]
Ein Laser erzeugt also keine Strahlung im gefährlichen Sinne wie Röntgenstrahlung, sondern „ganz normales Licht“ – nur mit sehr besonderen Eigenschaften. Diese Eigenschaften machen Laser so nützlich in Technik, Medizin und Industrie, aber auch potenziell gefährlich für Augen und Haut.
Wie entsteht Laserstrahlung?
- Energiezufuhr (Pumpen): Elektrischer Strom, Licht oder eine andere Energiequelle bringt Atome oder Moleküle in einen „angeregten Zustand“.
- Stimulierte Emission: Wenn ein Photon (Lichtteilchen) auf ein angeregtes Atom trifft, löst es die Emission eines zweiten Photons aus – beide haben dieselbe Wellenlänge, Richtung und Phase.
- Resonator: Zwei Spiegel reflektieren die Photonen hin und her, sodass immer mehr identische Photonen entstehen – die Lichtwelle „verstärkt“ sich selbst.
- Austrittsöffnung: Einer der Spiegel ist teildurchlässig, hier tritt der konzentrierte Laserstrahl aus.
So entsteht kohärentes Licht – das bedeutet: alle Lichtwellen schwingen synchron und verlaufen parallel. [2]
Die besonderen Eigenschaften von Laserstrahlung
- Monochromatisch: Ein Laser hat eine sehr genaue Farbe (Wellenlänge). Beispiel: Ein typischer Faserlaser sendet Licht mit 1064 nm.
- Kohärent: Alle Lichtwellen sind „im Gleichtakt“. Dadurch kann Laserlicht über große Entfernungen scharf gebündelt bleiben.
- Richtungsstabil (geringe Divergenz): Der Strahl bleibt über viele Meter fast gleich dick, im Gegensatz zu Taschenlampenlicht, das sich auffächert.
- Hohe Leistungsdichte: Weil die Energie auf einen winzigen Punkt konzentriert ist, kann der Laser Materialien schmelzen, verdampfen oder markieren.
- Fokussierbar: Mit einer Linse lässt sich Laserstrahlung extrem klein bündeln – auf Bruchteile eines Millimeters. So entsteht der „Brennfleck“ zum Gravieren oder Schneiden.
Laserstrahlung ist nicht gleich Laserstrahlung
Es gibt viele Arten von Lasern, die sich durch ihre Wellenlänge und Struktur unterscheiden. Die Wellenlänge bestimmt, wie das Licht mit Materialien reagiert – also, ob es eher reflektiert oder absorbiert wird.
- CO₂-Laser (10,6 µm): Langwelliges Infrarot, gut für Holz, Acryl, Leder, Papier – schlecht für Metalle.
- Faserlaser (1064 nm): Kürzere Wellenlänge, stark bei Metallen, ideal zum Gravieren oder Schneiden von Stahl, Messing, Aluminium.
- Diodenlaser (450 nm): Sichtbares blaues Licht, für kleine Gravuren, Holz und Kunststoffe.
- UV-Laser (355 nm): Sehr kurzwellig, für Mikromarkierung, Elektronik, Medizin – extrem feine Bearbeitung.
Die Absorption des Materials entscheidet, wie stark die Laserstrahlung wirkt. Deshalb ist die richtige Kombination aus Laserart und Material entscheidend. [3]
Wie stark ist Laserstrahlung?
Laser können wenige Milliwatt (z. B. Laserpointer) oder mehrere Kilowatt (Industrieanlagen) Leistung haben. Entscheidend ist nicht nur die Leistung in Watt, sondern die Leistungsdichte – also, wie viel Energie auf wie kleine Fläche konzentriert wird.
Beispiel:
- Ein Laserpointer hat 1 mW verteilt auf mehrere mm² – völlig harmlos.
- Ein 50 W-Faserlaser konzentriert 50 W auf weniger als 0,01 mm² – die Energiedichte reicht, um Metall zu schmelzen.
Darum ist selbst bei kleinen Laserquellen Augenschutz Pflicht, sobald der Strahl gebündelt oder reflektiert werden kann. [4]
Wirkung auf Materialien
- Absorption: Das Material nimmt Lichtenergie auf und wandelt sie in Wärme um.
- Reflexion: Glatte oder glänzende Oberflächen (z. B. Kupfer, Messing) reflektieren – je nach Wellenlänge – mehr oder weniger Strahlung.
- Transmission: Durchsichtige Materialien lassen bestimmte Wellenlängen durch (z. B. Glas bei 1064 nm durchsichtig, bei 10,6 µm undurchsichtig).
- Streuung: Bei rauen Oberflächen wird Licht in viele Richtungen zerstreut, was die Effizienz senkt.
Diese Wechselwirkungen bestimmen, ob Laserstrahlung schneidet, markiert oder reflektiert. [3]
Gefahren durch Laserstrahlung
Laserstrahlung ist keine ionisierende Strahlung wie Röntgenstrahlen – sie verursacht also keine Radioaktivität. Dennoch ist sie gefährlich, weil sie extrem konzentriert ist.
- Augengefahr: Der Strahl kann selbst bei Reflexion die Netzhaut verbrennen – oft schmerzlos, aber irreversibel. Unsichtbare Strahlung (z. B. 1064 nm) ist besonders gefährlich, weil man sie nicht sieht.
- Hautverbrennungen: Direkter Kontakt oder Reflexionen können Hautgewebe verbrennen oder verkohlen.
- Brandgefahr: Brennstoffe, Papier, Holz oder Staub können durch Streulicht entzündet werden.
Daher gelten strenge Vorschriften (siehe Laserklasse und Laserschutzbeauftragter). [5]
Wie schützt man sich vor Laserstrahlung?
- Laserschutzbrille: Muss zur Wellenlänge passen! Eine CO₂-Brille schützt nicht vor 1064 nm und umgekehrt.
- Gehäuse und Abdeckungen: Geschlossene Systeme sind sicherer als offene Arbeitsplätze.
- Absaugung & Filter: Entfernt Rauch und Partikel, die sekundäre Strahlung oder Reflexionen verursachen können.
- Keine Spiegelnden Oberflächen: Vorsicht bei glänzenden Metallen – reflektierte Laserstrahlung kann gefährlicher sein als direkter Strahl.
Laserstrahlung in der Industrie
Industrie-Laser nutzen Laserstrahlung gezielt für verschiedene Aufgaben:
- Schneiden: z. B. Stahl mit Faserlaser (1064 nm) oder Acryl mit CO₂-Laser (10,6 µm).
- Gravieren & Markieren: Seriennummern, Logos, Tiefengravuren auf Metallen, Kunststoffen, Münzen (siehe Faserlaser & MOPA-Faserlaser).
- Schweißen & Härten: Wärmeeinbringung präzise steuerbar.
- Medizin: Laserstrahlung zur Gewebeabtragung, Augenoperationen oder Desinfektion.
Hierbei wird die Wellenlänge, Leistung und Pulsform exakt an die Materialeigenschaften angepasst.
Kurz zusammengefasst
Laserstrahlung ist konzentriertes, geordnetes Licht. Sie ist die Grundlage jeder Laseranwendung – von Gravur über Schneiden bis Medizin. Ihre Stärke liegt in der Präzision und Energie auf kleinstem Raum. Gleichzeitig erfordert sie Sorgfalt und Schutz, da schon Reflexionen gefährlich sein können.
