Das Laserprinzip unter der Lupe 28.04.2020

Unser Leben wird von Lasern mehr beeinflusst, als es uns im ersten Moment bewusst ist. In der Medizin erlauben Laser-Eingriffe zum Beispiel Operationen im Inneren des Auges. Im Alltag nutzen wir Laserlicht bei Blu-ray Discs oder das Internet funktioniert über schnelle Kommunikation mittels Laserlicht in Glasfaserkabeln. Und das ist nur ein kleiner Ausschnitt aus einer Liste von Anwendungen.

Das Prinzip Laser

Das Wort Laser ist ein Akronym, das für „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“ steht. Übersetzt bedeutet dies „Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung“. Aber was genau ist eine stimulierte Emission?

Wenn Atome von außen Energie aufnehmen, bewegen sich ihre Elektronen von einer unteren Ebene (niedriger Energiezustand) auf eine höhere Ebene (hoher Energiezustand). Hierbei spricht man vom „angeregten Zustand“. Dieser Zustand ist instabil, das Atom versucht sofort in den niedrigen Energiezustand zurückzukehren. Dieser Versuch wird „Übergang“ genannt. Die zuvor eingebrachte Energie wird in Form von Licht wieder abgestrahlt. Dieses Phänomen nennt sich „natürliche Emission“. Das ausgestrahlte Licht kollidiert mit anderen Atomen, die sich in einem ähnlichen angeregten Zustand befinden, wodurch der „Übergang“ auch bei diesen Atomen ausgelöst wird. Diese, nochmals verstärkte Lichtemission, wird als stimulierte Emission bezeichnet.

Was unterscheidet einen Laser von einer regulären Lichtquelle?

Bei einer herkömmlichen Lichtquelle wie einer Lampe streuen die Lichtwellen in unterschiedlichen Wellenlängen in alle Richtungen. In der Regel handelt es sich dabei um eine Mischung aus verschiedenen Farben, die im Ergebnis weiß erscheinen. Ein Laser hingegen sendet gebündelte Lichtwellen mit einer einzigen Wellenlänge aus und weist fast keine Streuung auf. Ein Laserstrahl ist kohärent, das bedeutet, dass die Lichtwellen mit ihren Spitzen und Tälern in perfekter Synchronisation schwingen. Diese Eigenschaft machen wir uns bei der VLaser 370 bei der Werkzeugbearbeitung zu Nutze: Die Intensität der Laserenergie bleibt durch die Kohärenz lange erhalten und kann durch Linsen noch weiter gebündelt werden. Wenn der Laserstrahl auf der Materialoberfläche des Werkzeugs auftrifft, wird er absorbiert und erhitzt dadurch das Material. Diese Hitzeentwicklung führt dazu, dass Material abgetragen oder gänzlich verdampft werden kann.

Ein Laser für hochwertige Schnittkanten 

Die VLaser 370 nutzt hierfür einen wirtschaftlichen Laser im Kurzpulsbereich. Durch die Kombination aus kurzen Pulsen und hohen Pulsenergien geht fast jedes Material sehr schnell vom festen in den gasförmigen Zustand über. Selbst ultraharte Materialien wie PKD, CVD und MKD verdampfen einfach – der Laser arbeitet sich durch den Diamant sowie das Bindematerial und durchtrennt es sauber. So können die Schneiden und auch die notwendigen Spanleitstufen mit genauester Qualität und Formgenauigkeit hergestellt werden. Das Ergebnis: hochwertige Schnittkanten bei ultraharten Schneidstoffen.