Laser

Demonstrationslaser: In der Mitte ist das Leuchten der Gasentladung zu sehen, die das Lasermedium anregt. Der Laserstrahl ist rechts als roter Punkt auf dem weißen Schirm zu erkennen.

Laser [ˈleɪzə] (Akronym für engl. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation „Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung“) ist ein physikalischer Effekt, mit dem künstlich gerichtete Lichtstrahlen erzeugt werden können. Der Begriff Laser wird dabei nicht nur für den Verstärkungseffekt, sondern auch für die Strahlquelle verwendet.

Geprägt wurde der Begriff Ende der 1950er Jahre^[1] durch Gordon Gould in Anlehnung an den Maser; Gould nutzte den Begriff erstmals 1957 in seinen Notizen.^[2] Frühe Veröffentlichungen nannten den Laser noch optical maser (optischer Maser).

Laserstrahlen haben Eigenschaften, die sie stark von Licht aus klassischen Lichtquellen (wie beispielsweise einer Glühlampe) unterscheiden. Hierzu gehören häufig:

• ein sehr enges Frequenzspektrum, d. h. das Licht hat nur eine Farbe, ist also monochromatisch,
• die Parallelität der Strahlung, die den Laserstrahl auch über große Entfernung kaum breiter werden lässt,
• und eine extrem große Kohärenzlänge.

Aufgrund dieser Eigenschaften gibt es zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in Technik und Forschung und inzwischen auch im täglichen Leben. Die Anwendungen reichen von der einfachen Anzeige (z. B. Laserpointer bei Präsentationen) über Entfernungsmessgeräte, Schneid- und Schweißwerkzeug bis hin zum Laserskalpell und anderen Laser-unterstützten Methoden im medizinischen Alltag.

Die Gemeinsamkeit von Laserstrahlen liegt im Entstehungsprozess, nämlich in der stimulierten Emission.^[3] Sie stellt einen rückgekoppelten Verstärker für die Strahlung dar. Die Verstärkung wird in einem Medium wie einem Kristall, einem Gas oder einer Flüssigkeit erreicht, welchem durch optisches Pumpen oder auf andere Weise Energie zugeführt wird, meistens um eine Besetzungsinversion zu erreichen. Laser gibt es für Strahlungen in verschiedenen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums: von Mikrowellen, über Infrarot, sichtbares Licht, Ultraviolett, bis hin zu Röntgenstrahlung.

Meistens wird das aktive Medium in einen Resonator eingebaut, um eine effektive Rückkopplung zu erzielen. Der Resonator beeinflusst die Eigenschaften des Laserstrahls wesentlich.

Pulslaser können auch so konstruiert werden, dass sie Impulse mit extrem geringer Dauer (Femtosekunden-Bereich) aussenden (vgl. Femtosekundenlaser). Die damit mögliche zeitaufgelöste Laserspektroskopie ist ein Standardverfahren zur Untersuchung schneller Prozesse geworden. Da Pulslaser oft nur wenige Lichtwellenzüge am Stück aussenden, haben sie prinzipbedingt eine sehr kurze Kohärenzlänge und ein breites Frequenzspektrum. Das Gegenstück zum Pulslaser ist der Dauerstrich-Laser.

Geschichte

Albert Einstein beschrieb bereits 1916 die stimulierte Emission als Umkehrung der Absorption. 1928 gelang Rudolf Ladenburg der experimentelle Nachweis. Danach wurde lange gerätselt, ob der Effekt zur Verstärkung des Lichtfeldes benutzt werden könnte, da zum Erreichen der Verstärkung eine Besetzungsinversion eintreten musste. Diese ist aber in einem stabilen Zweiniveausystem unmöglich. Zunächst wurde ein Dreiniveausystem in Betracht gezogen, und die Rechnungen ergaben eine Stabilität für Strahlung im Mikrowellenbereich, 1954 realisiert im Maser von Charles H. Townes, der Mikrowellenstrahlung aussendet. Der erste Laser – ein Rubinlaser – wurde von Theodore Maiman am 16. Mai 1960 fertiggestellt.^[4][5]

Die weitere Entwicklung führte dann zunächst zu Gaslasern (Stickstoff-, CO₂-Laser, He-Ne-Laser^[6]) und danach zu Farbstofflasern (das laseraktive Medium ist flüssig). Eine Weiterentwicklung von Kristalltechnologien ermöglichte eine sehr starke Erweiterung des spektralen Nutzbereiches. Durchstimmbare Laser zum Anfahren einer bestimmten Wellenlänge und breitbandige Laser wie z. B. der Titan-Saphir-Laser läuteten in den 1980er Jahren die Ära der Ultrakurzpulslaser mit Pulsdauern von Piko- und Femtosekunden ein.

In den späten 1980er Jahren ermöglichte die Halbleitertechnologie immer langlebigere, hocheffektive Halbleiter-Laserdioden, die mit kleiner Leistung in CD- und DVD-Laufwerken oder in Glasfaser-Datennetzen eingesetzt werden und inzwischen nach und nach als Pumpquellen mit Leistungen bis in den kW-Bereich die wenig effektive Lampenanregung von Festkörperlasern ersetzen.

In den 1990er Jahren wurden neue Pumpgeometrien für hohe Laserleistungen verwirklicht, wie der Scheiben- und der Faserlaser. Letztere fanden zur Jahrtausendwende aufgrund der Verfügbarkeit von neuen Fertigungstechniken und Leistungen bis 20 kW zunehmend Anwendungen bei der Materialbearbeitung, wo sie die bisher gebräuchlichen Typen (CO₂-Laser, lampengepumpte Nd:YAG-Laser) teilweise ersetzen können.

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts wurden erstmals nichtlineare Effekte ausgenutzt, um Attosekundenpulse im Röntgenbereich zu erzeugen. Damit ließen sich zeitliche Abläufe im Inneren eines Atoms verfolgen. Zuletzt erreichten blaue und ultraviolette Laserdioden die Marktreife.

Inzwischen ist der Laser zu einem bedeutenden Instrument der Industrie, Kommunikation, Wissenschaft und Unterhaltungselektronik geworden.

Physikalische Grundlagen

Überblick

Stimulierte Emission in einem Vierniveausystem

Für die Funktion des Lasers sind die drei grundlegenden Prozesse der Wechselwirkung von Licht mit Materie bestimmend: Absorption bzw. Anregung (Pumpen), spontane Emission und stimulierte Emission.

• Beim Pumpen des Lasers wird entweder ein Photon vom aktiven Medium (geeignete Materie, zum Beispiel Atome oder Moleküle in einem Festkörper, einer Flüssigkeit oder einem Gas) absorbiert, oder die Anregung erfolgt durch unelastische Stöße (Gasentladung, Teilchenstrahlung). Die Pumpleistung (Anregung) sorgt dafür, dass Elektronen der Atome oder Moleküle des aktiven Mediums in einen höheren Energiezustand, d. h. ein höheres Energieniveau gelangen.
• durch zunächst spontane Emission geht dieser angeregte Zustand spontan, das heißt zufällig und ohne äußere Einflüsse, wieder in einen niedrigeren Energiezustand über. Die Energiedifferenz wird in Form eines Photons abgestrahlt. Zeitpunkt der Aussendung und Richtung des Photons sind zufällig.
• Bei der stimulierten Emission wird durch ein solches, bereits existierendes Photon die Aussendung eines weiteren Photons angeregt; dieses besitzt die gleichen Eigenschaften (Frequenz, Phase, Polarisation und Ausbreitungsrichtung). Es ergibt sich eine Verstärkung der Strahlung. Ein Resonator oder die Gestalt des aktiven Mediums sorgen dafür, dass diese Verstärkung rückgekoppelt und in einer bevorzugten Richtung erfolgt.

Auch in geeigneten aktiven Medien werden die Photonen ohne Anregung (Pumpen) jedoch wieder absorbiert. Damit die Strahlung verstärkt wird, muss man dafür sorgen, dass der höhere Energiezustand E_M ständig oder zumindest kurzzeitig stärker besetzt ist als der untere E_L; dann sind stimulierte Emissionen häufiger als Absorptionen. Da dies im thermischen Gleichgewicht nicht der Fall ist, spricht man von Besetzungsinversion. Um diese zu erreichen, kann man zum Beispiel Licht geeigneter Wellenlänge einstrahlen (Optisches Pumpen). Der nahe liegende Ansatz, Photonen der Energiedifferenz E_M − E_L einzustrahlen, schlägt aber fehl, weil so auch direkt eine Emission stimuliert würde und die Wahrscheinlichkeiten von Emission und Absorption in einem Zweiniveausystem gleich sind. Stattdessen verwendet man zum Beispiel ein Medium mit einem Dreiniveausystem, bei dem zunächst auf ein drittes, höher gelegenes Energieniveau E_P gepumpt wird. Von dort erfolgt strahlungslos oder per spontaner Emission ein Übergang auf das Niveau E_M. Der Trick besteht nun darin, die Energieniveaus so zu wählen, dass ein spontaner Übergang von E_P zu E_M sehr viel schneller erfolgt (das heißt, sehr viel wahrscheinlicher ist), als ein Übergang von E_M auf E_L und der direkte Übergang von E_P nach E_L sehr unwahrscheinlich ist. In diesem Falle wird durch das Pumpen die Zahl der Teilchen im Zustand E_M stetig erhöht. Je nach aktivem Medium gibt es aber auch Zweiniveaulaser im kontinuierlichen Betrieb (zum Beispiel die elektrisch gepumpten Diodenlaser) und Vierniveaulaser, bei denen das Niveau E_L auf ein noch tieferes Niveau abgeregt werden muss, um erneut gepumpt werden zu können (z. B. Kohlendioxidlaser).

Beginn der Laseremission

In einer Materieansammlung (Gas, Festkörper, …), die energetisch ausreichend angeregt ist, entstehen immer auch Photonen durch spontane Emission, die sich in irgendeine Richtung ausbreiten. Falls sie auf ihrem Weg zufälligerweise auf Atome im metastabilen Zustand treffen und die Energien zusammenpassen für eine stimulierte Emission, verstärkt sich die Intensität des Lichtes. Bei jedem energetisch „gemolkenen“ Atom kommt ein Photon zur bereits vorhandenen Menge dazu, die Lichtintensität steigt. Zum Glück kann auf dem weiteren Weg durch die Materieansammlung kein Photon durch Resonanzabsorption abhandenkommen, wie man beispielsweise beim Durchgang von Natriumlicht durch Natriumdampf oder bei Fraunhoferschen Linien beobachten kann. Ursache ist der verbotene Übergang: Wenn das Atom die im metastabilen Zustand gespeicherte Energie nicht so ohne weiteres emittieren kann, kann es diese Energie auch nicht absorbieren, auch wenn sich das Elektron im unteren Zustand E_L befindet.

Keine auffallende Laserwirkung ergibt sich, wenn:

• das Licht die Materieansammlung vorzeitig verlässt, beispielsweise durch seitlichen Austritt aus dem Entladungsrohr;
• zu wenige angeregte Atome angetroffen wurden; man sagt dann, die Laserschwelle wird nicht erreicht.

Um eine hohe Intensität zu erzeugen, müssen sich also sehr viele Atome im metastabilen angeregten Zustand befinden. Bei den meisten Lasern wird das durch Spiegel erzwungen: Wenn ein Photonenbündel zufällig in Richtung senkrecht zu einem der Spiegel gestartet ist, muss es immer wieder in der Materieansammlung hin- und herlaufen, um möglichst sämtliche metastabilen Atome zu „melken“. Bei manchen Lasertypen wie He-Ne-Laser oder Laserdioden wird kontinuierlich Pumpenergie zugeführt, bei anderen Typen wie dem Rubinlaser wird zuerst kurzzeitig mit einer Blitzlampe optisch gepumpt, dann entsteht der Laserimpuls. Wenn es keine spontane Emission gäbe, würde in keinem Fall Laserlicht entstehen.

Technische Umsetzung

Hauptbestandteile:
1. aktives Medium
2. Pumpenergie
3. Spiegel
4. teildurchlässiger Spiegel
5. Laserstrahl

In einem Laser wird die Strahlung, die durch spontane Emission initiiert wurde, durch eine geeignete Anordnung zweier Spiegel immer wieder durch das Gebiet, in dem Besetzungsinversion herrscht (das sog. aktive Medium, z. B. ein Nd:YAG-Kristall oder eine Kohlenstoffdioxid-Gasentladung), geleitet. Eine solche Anordnung nennt man optischen Resonator (lat. resonare = zurückklingen, hallen). Im Resonator wird die Laserstrahlung beim Hin- und Herlaufen zwischen den beiden Spiegeln durch stimulierte Emission immer weiter verstärkt, bis der Leistungszuwachs innerhalb des Systems durch die Abnahme der Besetzungsinversion und die immer stärker ansteigenden Verluste ausgeglichen wird. Einer der beiden Spiegel, welchen man als Auskoppelspiegel bezeichnet, ist teilweise durchlässig (typisch: Promillebereich bis über 15 %, je nach Verstärkung), um Strahlung aus dem Laser gewinnen, d. h. auskoppeln zu können. Die Feldstärke innerhalb des Resonators ist dadurch viel höher als im ausgekoppelten Strahl.

Lasermedien mit sehr hoher Verstärkung können auch mit nur einem Spiegel oder ganz ohne Spiegel lasern (so genannte Superstrahler, z. B. beim Stickstofflaser).

Ausgangsleistungen von typischen Lasersystemen reichen von wenigen Mikrowatt (µW) bis zu einigen Terawatt (TW) bei gepulsten Femto- oder Attosekunden-Lasern mit externer Nachverstärkung.

Die Energie, die benötigt wird, um die Atome oder Moleküle in die angeregten Zustände zu versetzen, muss dem System von außen zugeführt werden. Bei diesem als Pumpen bezeichneten Prozess existieren folgende technische Möglichkeiten der Energiezufuhr:

• elektrisch in Form einer Gasentladung
• durch Injektion von Ladungsträgern (Stromfluss) beim Halbleiterlaser
• optisch durch das Licht einer Gasentladungslampe (Blitzlampe oder Bogenlampe)
• durch einen anderen Laser
• durch eine chemische Reaktion (siehe Excimerlaser)
• über einen Teilchenbeschleuniger (z. B. FE-Laser)

Eigenschaften von Laserstrahlung

Die Strahleigenschaften eines Laserstrahles werden wesentlich durch die Art des Laser-Resonators bestimmt, insbesondere spielen dabei die Geometrie des aktiven Mediums und die Spiegelanordnung eine wichtige Rolle. Mit Lasern gelingt es, Licht in hohem Grade zu kontrollieren bzw. zu manipulieren (Brillanz, Intensität, Richtung, Frequenz, Polarisation, Phase, Zeit). Eine allgemeine Aussage über die Strahleigenschaften ist daher nicht möglich. Es ist auch nicht richtig, dass ein Laserstrahl immer ein enggebündelter Strahl mit geringer Frequenzbreite sein muss, wofür er allerdings oft gehalten wird. Je nach Zielsetzung ist eine Erzeugung derartiger Strahlen aber durchaus möglich. Eine herausragende, allgemeine Eigenschaft stellt jedoch die Möglichkeit zur starken Bündelung dar, mit der sehr hohe Leistungsdichten erzielt werden können. Die laterale Leistungsdichteverteilung von Laserstrahlen ist bei guter Strahlqualität ein Gaußprofil (Gauß-Strahl).

Generell kann man zu den Strahleigenschaften sagen, dass Laserstrahlen sich gegenüber gewöhnlichen Lichtquellen durch viele Unterschiede auszeichnen, die im Folgenden genannt werden.

Kohärenz

→ Hauptartikel: Kohärenz

Bei einer normalen Glühlampe werden Lichtwellen nicht nur mit unterschiedlicher Wellenlänge ausgesendet, sondern auch in unbestimmter Phasenlage zueinander. Bei einem Laser dagegen sind die Wellen jeweils fast phasensynchron zueinander. Die Wellen sind über mehr oder weniger lange Strecken (Kohärenzlänge) fast phasengleich, was man sich zum Beispiel in der Holografie zunutze macht.

Polarisation

Die Polarisation von Laserstrahlen ist aufgrund polarisierender optischer Bauteile im Resonator (schräge Umlenkspiegel und Flächen (Brewster-Fenster), geringe Höhe des Resonators bei Halbleiterlasern) meistens linear. Oft ist das erwünscht, um polarisationsabhängige Kopplung und Strahlteilung durchführen zu können. Beim Schneiden von Metallen tritt jedoch insbesondere bei der linear polarisierten CO₂-Laserstrahlung im Schnittspalt eine polarisationsabhängige Absorption auf, was eine schlechte und richtungsabhängige Schnittkantenqualität zur Folge hat. Daher wird beim Metallschneiden mit zirkularer Polarisation gearbeitet, die durch phasendrehende Verzögerungsplatten im Strahlengang des Laserstrahles erzielt wird.

Frequenz, Wellenlänge

Die Frequenz von Laserstrahlung wird durch das aktive Medium und dessen zum Lasern geeignete Energieübergänge bestimmt. Es gibt Stoffe, die auf vielen Wellenlängen zum Lasern angeregt werden können – jedoch meistens bei einer Wellenlänge besonders gut. Laser können sehr schmalbandige Strahlquellen sein, die Verstärkungsbandbreite (beim Kohlenstoffdioxidlaser zum Beispiel 9 bis 11 µm) ist jedoch meist höher als die Bandbreite der abgegebenen Strahlung – entweder schwingt der Laser von selbst im Maximum der Verstärkungsbandbreite (beim Kohlendioxidlaser zum Beispiel 10,6 µm) an oder man sorgt durch frequenzbestimmende Elemente für eine schmalbandige Emission auf einer einzigen Frequenz. Extreme Schmalbandigkeit ist z. B. bei der interferometrischen Längenmessung mittels Lasern von Bedeutung. Bei extremer Breitbandigkeit spricht man von Superkontinuum-Lasern, welche z. B. in der optischen Kohärenztomographie und zur Erzeugung von Frequenzkämmen eingesetzt werden. Die minimal erreichbare Bandbreite wird durch das Schawlow-Townes-Limit beschrieben.

Lasertypen nach der Signalform

Dauerstrich

Ein Dauerstrichlaser (auch cw-Laser) ist ein Laser, der im Gegensatz zu Pulslasern eine kontinuierliche Lichtwelle abstrahlt. Laserstrahlung von Dauerstrich-Lasern (englisch: continuous-wave laser, cw-laser) ist im Idealfall schmalbandig (monochrom, einfarbig), das heißt, es besteht nur aus Strahlung einer Wellenlänge. Insbesondere ist Dauerstrich-Laserstrahlung aus stabilen Laserresonatoren aufgrund des Vielfachumlaufes zeitlich beziehungsweise longitudinal (entlang seiner Ausbreitungsrichtung) kohärent, was bedeutet, dass die ausgesandten Wellenzüge nicht nur mit der gleichen Frequenz schwingen, sondern auch in der Phase über eine lange Strecke (die Kohärenzlänge) konstant sind. Dadurch zeigt ein solches Licht besonders ausgeprägte Interferenzerscheinungen. Während des Einschwingvorgangs des Dauerstrich-Lasers tritt zunächst oft Spiking, das heißt eine unregelmäßige Abgabe von Laserpulsen, auf. Dieses Verhalten nutzt ein modengekoppelter Laser gezielt aus, indem er die Spikes z. B. triggert oder synchronisiert.

Pulse

Im Gegensatz zum Dauerstrich-Laser erzeugt ein gepulster Laser pulsierende Strahlung. Pulse können durch gepulste Anregung oder auch durch Maßnahmen im Laser selbst (Güteschaltung) erzeugt werden. Bei sehr kurzen Pulsen benötigt das aktive Medium prinzipiell eine größere Verstärkungsbandbreite, innerhalb derer die beteiligten Frequenzen gekoppelt sind (Modenkopplung) und sich zu einem Impuls zusammensetzen. Je kürzer die Pulsdauer, desto breiter ist entsprechend den Gesetzen der Fourier-Analyse das erzeugte Spektrum und umso breiter muss das Frequenzband sein, innerhalb dessen das aktive Medium verstärken kann. Die geringsten erzielbaren Pulsdauern liegen in der Größenordnung von Femto- und Attosekunden (→ Femtosekundenlaser). Bei derart kurzen Pulsen (Länge des Strahlungspaketes < 30 µm, also ein Bruchteil einer Haarbreite) muss das verstärkende (aktive) Lasermedium eine große Verstärkungsbandbreite besitzen.

Laser können sich auch selbst zur Abgabe einer Pulsfolge synchronisieren, wenn im Resonator zum Beispiel ein nichtlinearer (sättigbarer) Absorber vorhanden ist. Die Wiederholfrequenz, mit der die Pulse in einem solchen Laser erzeugt werden, hängt u. a. bei der instantanen Kerr-Linsen-Modenkopplung (engl. Kerr lens mode locking, ein Verfahren zur Erzeugung einer stabilen Pulsfolge von Pulsen geringer Dauer) von der Resonatorlänge ab: Bei einem Resonator mit einer Länge von einem halben Meter beträgt diese etwa 300 MHz – die Periodendauer entspricht einem Hin- und Herlaufen (Umlauf) des Pulses im Resonator. Die Spitzenleistung wird bei jedem Umlauf größer, die Pulsdauer bleibt von allein sehr gering. Aus solchen Pulslasern werden zum Beispiel einzelne Pulse mittels optischer Schalter herausgelassen und weiterverstärkt. Mit weiteren Maßnahmen gelingt es, Spitzenleistungen bis in den Petawatt-Bereich zu erzeugen, die nur im Vakuum ungestört übertragen und fokussiert werden können. Luft wird von der hohen elektrischen Feldstärke des Lichts ionisiert.

Die Gütemodulation (Q-switching) des Resonators mit akustooptischen Güteschaltern oder Pockelszellen sind weitere Techniken zur Erzeugung energiereicher Laserpulse mit geringer Dauer: Dabei wird die stimulierte Emission zunächst unterbunden, um sie dann bei inzwischen durch das Pumpen gestiegener Besetzungsinversion (hohe, im aktiven Medium gespeicherte Energie) schlagartig zu ermöglichen.

Lasertypen nach aktivem Medium

Übersicht über Wellenlängen von im Handel erhältlichen Lasern. Lasertypen mit diskreten Laserlinien sind oberhalb der Leiste der Wellenlängen eingetragen. Die Farbe gibt die Art des Lasermaterials an.

Laser werden meistens nach dem eingesetzten optisch Lasermedium kategorisiert und benannt.

Gaslaser

→ Hauptartikel: Gaslaser

Entwicklung des Kohlenmonoxidlasers CO-EDL (Carbon Monoxide Electric Discharge Lasers) des Northrop Research and Technology Centers mit Unterstützung des Office of Naval Research der US Navy, 1968

Helium-Neon-Laser

Bei Gaslasern ist das aktive Medium gasförmig. Zumeist werden Gaslaser elektrisch durch eine Gasentladung im aktiven Medium selbst gepumpt. Beispiele:

• Helium-Neon-Laser (HeNe-Laser): Wichtigste Emissionswellenlänge bei 632,8 nm (rot). Weiterhin auch 1152,3 nm (infrarot), 543,5 nm, 594,1 nm und 611,9 nm.
• Kohlendioxidlaser (CO₂-Laser): etwa 10,6 μm Wellenlänge (mittleres Infrarot), wichtiger Industrielaser
• Kohlenmonoxidlaser (CO-Laser): etwa 6–8 μm Wellenlänge (mittleres Infrarot), funktioniert nur gekühlt
• Stickstofflaser (N₂-Laser): 337,1 nm (ultraviolett)
• Argon-Ionen-Laser, mehrere Linien bei 457,9 nm (8 %), 476,5 nm (12 %), 488,0 nm (20 %), 496,5 nm (12 %), 501,7 nm (5 %), 514,5 nm (43 %) (blau bis grün)
• Helium-Cadmium-Laser (HeCd-Laser): wichtigste Laserquelle für blau (442 nm) und nahes UV (325 nm)
• Krypton-Ionen-Laser, mehrere Linien bei 350,7 nm; 356,4 nm; 476,2 nm; 482,5 nm; 520,6 nm; 530,9 nm; 568,2 nm; 647,1 nm (stärkste Linie); 676,4 nm; 752,5 nm; 799,3 nm (blau bis tiefrot)
• Sauerstoff-Ionen-Laser
• Xenon-Ionen-Laser
• Mischgas-Laser, enthalten keine reinen Gase, sondern eine Mischung verschiedener (meistens Argon und Krypton)
• Excimerlaser, z. B. KrF (248 nm), XeF (351–353 nm), ArF (193 nm), XeCl (308 nm), F₂ (157 nm) (alles ultraviolett)
• Metalldampflaser, z. B. Kupferdampflaser, bei 510,6 und 578,2 nm. Aufgrund der hohen Verstärkung kann ein Kupferdampflaser auch ohne Resonatorspiegel betrieben werden.
• Metallhalogenid-Laser, z. B. Kupferbromid-Laser, bei 510,6 und 578,2 nm. Aufgrund der hohen Verstärkung kann ein Kupferbromidlaser auch ohne Resonatorspiegel betrieben werden.

Eine Sonderform sind die chemisch gepumpten Laser. Hier erfolgt das Pumpen durch eine chemische Reaktion im bzw. des aktiven Mediums. Das Gas ist nach der Reaktion verbraucht und kann dementsprechend nur einmal verwendet werden. Chemische Laser sind für transportable Hochleistungsanwendungen geeignet, sie haben fast ausschließlich im militärischen Bereich Bedeutung. Beispiele:

• HCl-Laser
• Iod-Laser

Farbstofflaser

→ Hauptartikel: Farbstofflaser

Bei diesem Lasertyp ist ein organischer Farbstoff in alkoholischer Lösung (oft Methanol oder Ethanol) das aktive Medium. Die Farbstofflösung wird dabei ständig umgepumpt, um ein Ausbleichen (photochemische Degeneration) zu vermeiden. Beispiele für Farbstoffe:

• Stilbene – Klasse von Farbstoffen im blauen Spektralbereich
• Cumarine – Klasse von Farbstoffen im blauen bis grün-gelben Spektralbereich
• Rhodamine – Klasse von Farbstoffen im gelben bis orange-roten Spektralbereich
• DCM – Roter Farbstoff
• LDS – Klasse von Farbstoffen im IR-Bereich

Farbstofflaser werden im allgemeinen durch andere Laser gepumpt. Dabei nimmt man einen Leistungsverlust durch den geringen Wirkungsgrad des Farbstofflasers in Kauf, um andere Wellenlängen zu erzeugen. Gepumpt werden kann sowohl kontinuierlich (kurz cw für engl. continuous wave) als auch gepulst.

Festkörperlaser

→ Hauptartikel: Festkörperlaser

Der Festkörperlaser war der erste Lasertyp; Maiman entwickelte im Jahre 1960 den Rubinlaser.

Bei Festkörperlasern wird ein Trägerwerkstoff bzw. Wirtskristall mit Ionen eines fremden Stoffes dotiert. Diese Ionen bilden, eingebettet im Wirtsmaterial, das eigentliche aktive Medium. Die Laserübergänge der Ionen sind innerhalb des d-Orbitals. Diese Orbitale sind nicht an chemischen Bindungen beteiligt. Das Trägermaterial (Wirtskristall, Glas) nimmt daher nur geringen Einfluss auf die Eigenschaften der Ionen.

Festkörperlaser werden nach der Art und Form des Wirtsmaterials und den Dotierungselementen unterschieden. Beispiele für Wirts- bzw. Trägermaterialien:

• Glas (Stabform oder Faserlaser)
  • Vorteil: einfache Herstellung auch in großen Dimensionen
  • Nachteil: geringe Wärmeleitfähigkeit, geringe Festigkeit
• Al₂O₃ (Korund, Saphir) (z. B. Rubinlaser (Chrom-Dotierung), Titan:Saphir-Laser)
  • Vorteil: hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Festigkeit
  • Nachteil: relativ hohe Absorption, teuer
• YAG (Yttrium-Aluminium-Granat-Laser, → Nd:YAG-Laser) Dotierung Nd, Er, Yb
  • Vorteil: hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Festigkeit, geringe Absorption
  • Nachteil: keine bekannten
• Yttrium-Vanadat (YVO₄), Dotierung Nd
• Fluoride wie YLF, BYF oder KYF
• Sesquioxide wie Sc₂O₃ und Lu₂O₃

Beispiele für Dotierungsmaterialien:

• Chrom war das Dotierungsmaterial des ersten Lasers, des Rubinlaser (694,3 nm (rot)). Aufgrund der geringen Effizienz wird es heute kaum noch verwendet.
• Neodym: Der wichtigste kommerzielle Festkörperlaser Nd:YAG-Laser, bei 1064 nm (infrarot), beziehungsweise frequenzverdoppelt bei 532 nm (grün). Auch möglich sind: Nd:Glas, Nd:YLF …
• Ytterbium: 1030 nm, erlaubt im Laserbetrieb einen hohen Wirkungsgrad > 50 %. Es bedarf dazu allerdings eines schmalbandigen Pumpens mit Laserdioden (940 nm). Das wichtigste Material mit dieser Dotierung ist der Yb:YAG-Laser, z. B. hochdotiert als Scheibenlaser mit einer Wellenlänge von 1030 nm.
• Titan: ein wichtiger modengekoppelter Festkörperlaser Titan:Saphir-Laser, 670–1100 nm (rot-infrarot), aufgrund breitbandiger Verstärkung für Pulse im fs-Bereich geeignet
• Erbium: Wellenlänge 3 µm, Pumpen mit Diodenlasern bei 980 nm, sogenannter augensicherer Laser, Verwendung für Laser-Entfernungsmesser und in der Medizin. Bei Er:Glas Wellenlänge 1,55 µm^[7], Verwendung in der Nachrichtentechnik (Lichtwellenleiter)
• Praseodym: Ein relativ neues Laserion. Sehr interessant aufgrund mehrerer Übergänge im sichtbaren Spektralbereich (444 nm (blau), 480 nm (blau), 523 nm (grün), 605 nm (orange) und 640 nm (rot). Hervorzuheben ist hier der Übergang bei 523 nm (grün), da hier keine Frequenzverdopplung notwendig ist, wie etwa beim Nd:YAG-Laser, um einen grünen Laser zu betreiben.

Formen des aktiven Mediums:

• Stablaser
• Mikrokristalllaser
• Slablaser
• Faserlaser
• Scheibenlaser

Farbzentrenlaser

Wie bei dem Festkörperlaser handelt es sich bei dem Farbzentrenlaser um einen Laser, bei dem Defekte (Fremdionen, Gitterfehler, Ladungen) in einen Trägerkristall eingebettet sind. Die Laserübergänge bei dem Farbzentrenlaser werden aber durch die Wechselwirkung der Störstellen mit dem Gitter erzeugt. Beispiele:

• Lithium-Fehlstellen in Lithiumfluorid
• Fehlstellen in Natriumchlorid
• weitere Kombinationen, z. B. KCI:Li, KCl:Na, RbCl:Li

Farbzentrenlaser erzeugen nur geringe Leistungen von typ. unter 100 mW.

Halbleiterlaser

→ Hauptartikel: Laserdiode

Beim Halbleiterlaser (auch Laserdiode genannt) werden stromdurchflossene pn-Übergänge im Halbleiter zur Besetzungsinversion verwendet. Es handelt sich dabei um direkt elektrisch gepumpte Laser. Die Leistung von Laserdioden mit guter Strahlqualität (M² < 1,5) beträgt weniger als ein Watt. Multimode-Dioden erreichen bei schlechterer Strahlqualität (1,5 < M² < 100) Leistungen bis etwa 20 W.

Mehrere Einzeldioden können in einem schmalen Chip (ca. 0,1 mm × 1 mm × 10 mm) nebeneinander integriert sein. Diese sogenannten Barren (engl. bar) liefern, auf eine Wärmesenke (Kühlkörper) montiert, Ausgangsleistungen größer 100 Watt (Barren mit über 200 Watt kontinuierlicher Ausgangsleistung sind in der Erprobung, Stand 2008). Die Einzeldioden sind dabei elektrisch parallel geschaltet. Den montierten Barren nennt man auch submount.

Durch Kopplung vieler, in einem sogenannten stack (Stapel) untergebrachter Barren bzw. submounts werden Leistungen im Kilowattbereich bei entsprechend schlechter Strahlqualität erreicht (M² > 100). Bis zu sechs Stapel kann man durch verschiedene Wellenlängen (üblich bis drei) und Polarisationsrichtungen verlustarm ohne Verschlechterung der Strahlqualität optisch addieren. Damit erreicht man Leistungen im zweistelligen Kilowattbereich .

Diodenlaser werden auch zum optischen Pumpen von Festkörperlasern (Laserstäbe, Scheibenlaser, Faserlaser) verwendet. Zum optischen Pumpen von Festkörperlasern durch Laserdioden muss die Pumpwellenlänge exakt getroffen werden, daher ist hierbei keine Wellenlängenkopplung möglich. Die Diodenlaser müssen jedoch hierzu ohnehin nicht zu Strahlen mit hoher Leistungsdichte zusammengefasst werden.

Weitere Halbleiterlaser sind:

• optisch gepumpte Halbleiterlaser, auch Halbleiterscheibenlaser
• Quantenkaskadenlaser
• oberflächenemittierende Laser (VCSEL) (sowohl optisch als auch elektrisch gepumpt).

Freie-Elektronen-Laser (FEL)

→ Hauptartikel: Freie-Elektronen-Laser

Der Freie-Elektronen-Laser ist eine Synchrotronstrahlungsquelle, die gerichtete Strahlung (Wellenlängen von Mikrowellen bis in den Röntgenbereich, sehr hohe Brillanz) aus der Energie eines Elektronenstrahles erzeugt. Aufgrund der Kohärenz (meistens nur örtliche Kohärenz) der Strahlung und der Abhängigkeit der Verstärkung von der vorhandenen Photonenanzahl wird er als Laser bezeichnet, obwohl er im eigentlichen Sinne kein Laser ist, da die Strahlung nicht durch stimulierte Emission erzeugt wird. Der Elektronenstrahl eines FELs kann durch ein Synchrotron oder einen Linearbeschleuniger bereitgestellt werden.

Freie-Elektronen-Laser besitzen außer im IR-Bereich oft keinen Resonator. Für Wellenlängen unterhalb des fernen UV kann es auch keinen Resonator geben, da es keine Materialien gibt, die solche Strahlung reflektieren.

Laser-Resonatoren

Laser-Resonatoren werden bei Lasergeräten verwendet, um den Strahl mehrfach hin und her durch das verstärkende aktive Medium laufen zu lassen und so eine ausreichende Verstärkung zur Laserschwelle zu erreichen. Ein Laser-Resonator besteht häufig aus zwei Spiegeln, zwischen denen die Strahlung reflektiert wird, sodass sich der Weg durch das Lasermedium verlängert. Dadurch kann ein Photon sehr oft stimulierte Emission hervorrufen. Im Resonator werden nur bestimmte Frequenzen verstärkt, die die Resonanzbedingung erfüllen, für die also gilt:

$L = q \frac{\lambda}{2} \quad\Leftrightarrow\quad \nu = q \frac{c}{2L}$

Dabei ist q eine natürliche Zahl und L die Resonatorlänge. Andere Frequenzen werden durch destruktive Interferenz ausgelöscht.

Ein anderer Aufbau für den Resonator ist der Ringresonator, bei dem das Licht durch mehrfache Reflexion einen geschlossenen Pfad durchläuft^[8].

Die Güte des Resonators (d. h. das Verhältnis zwischen hin- und herreflektierter Strahlung zu austretender Strahlung) muss bei gering verstärkenden Medien besonders hoch sein. Ein Beispiel hierfür ist der Helium-Neon-Laser. Die Resonatorgüte kann oft mittels in ihm befindlicher optischer Komponenten zeitabhängig, aber auch hinsichtlich der Wellenlänge und des lateralen Strahlprofiles beeinflusst werden, um eine gute Strahlqualität, Frequenzkonstanz und Kohärenz sowie Pulsformung des Laserstrahls zu erzielen. Solche Komponenten sind z. B. Blenden, optische Schalter (→ Güteschalter) oder frequenzselektive Endspiegel (→ DFB-Laser, dichroitischer Spiegel). So kann z. B. beim Argonlaser durch Wahl des dichroitischen Endspiegels das Anschwingen nur einer der mehreren möglichen Laser-Emissionswellenlängen erreicht werden.

Die Resonatorstabilität kann bei einfachen Resonatoren (Spiegel – aktives Medium – Spiegel) mit den sog. g-Faktoren berechnet werden. Sie sind definiert als:

$g_1 = 1 - \frac{L}{R_1}$

$g_2 = 1 - \frac{L}{R_2}$

Hierbei sind R₁ und R₂ die Krümmungsradien der beiden Resonatorspiegel und L die Gesamtlänge des Resonators. Bei den Resonatoren unterscheidet man grundsätzlich zwei verschiedene Arten:

Stabile Resonatoren

Strahlenverlauf im konfokalen Resonator

Damit der Resonator stabil ist, muss gelten:

$0 < g_1 \cdot g_2 < 1$

Ein paraxialer Strahl verlässt selbst nach beliebig vielen Reflexionen den Resonator nicht. Ist das Ergebnis gerade 0 oder 1, so nennt man den Resonator grenzstabil. Ein Beispiel hierfür ist der konfokale (g₁ = g₂ = 0), hemisphärische (g₁ = 0,g₂ = 1), konzentrische (g₁ = g₂ = − 1) oder plan-plan Resonator (g₁ = g₂ = 1), welcher auch als Fabry-Perot-Resonator bekannt ist.^[9] In der Praxis sind diese Art Laser sehr schwierig zu justieren und laufen meistens nur dadurch, dass andere Linseneffekte den Resonator in den Bereich der Stabilität führen. Ein solcher Effekt kann beispielsweise ein thermischer Linseneffekt sein, bei welchem durch einen Temperaturgradienten im Resonator eine thermische Linse entsteht.

Stabile Resonatoren beeinflussen die Strahlqualität und die Kohärenzeigenschaften des Laserstrahls.

Vorteil: gute Strahlqualität durch geringe Beugungen innerhalb des Resonators. Nachteil: schlechte Ausnutzung des Lasermediums, da der Lichtstrahl immer wieder auf die selben Atome trifft.

Instabile Resonatoren

Bei instabilen Resonatoren gilt g₁g₂ > 1 oder g₁g₂ < 0. Für diese sind die Beugungsverluste sehr hoch und es existiert kein Gauß-Strahl als Grundmode. Jedoch kann man durch ein Lasermedium mit großem Durchmesser die instabilen Resonatoren vorteilhaft nutzen, da diese eine gleichförmige Intensitätsverteilung im Resonator erzeugen. Voraussetzung hierfür ist jedoch eine hohe Verstärkung des lasernden Mediums.

Instabile Resonatoren werden daher meistens in Lasern verwendet, die eine hohe Verstärkung pro Resonatorumlauf besitzen und bei denen vorrangig hohe Ausgangsleistung (Kohlendioxidlaser) und weniger die Strahlqualität maßgebend sind.

Von besonderer Bedeutung ist der asymmetrische konfokale instabile Resonator, da dieser einen parallelen Ausgangsstrahl liefert.

Moden

Longitudinale Moden

Mögliche Wellenlängen zwischen den Resonatorspiegeln. Darstellung: Amplitude als Funktion des Abstandes von den Spiegeln

Longitudinale Lasermoden bei gaußförmigem Verstärkungsprofil in einem Resonator. Darstellung: Amplitude als Funktion der Frequenz

Unterschiedliche Schwingungsformen werden Moden genannt. Als longitudinal bezeichnet man die Schwingung längs der Ausbreitungsrichtung der Strahlung. Bildlich ausgedrückt handelt es sich dabei um Intensitätsberge und -täler im Abstand einer halben Wellenlänge. Bei einem He-Ne-Laser von einigen Zentimetern Länge könnte man zwischen den Spiegeln etwa 600.000 Intensitätsberge zählen, bei einer kurzen Laserdiode nur einige Tausend.

Je nach Bauart werden vom Resonator bestimmte Wellenlängen und deren Vielfache besonders verstärkt, weil sich nur für bestimmte Wellenlängen eine stehende Welle zwischen den Spiegeln ergibt.

Das Bild zeigt die Intensitätsverteilung rund um die Grundmode (angegeben als mittlere Intensität in Abhängigkeit von der Frequenz ν₀).

Genauer gesagt, gilt für die möglichen Lichtfrequenzen in einem Laserresonator der Zusammenhang:

$\nu(N) = N \cdot \frac{c}{2L}$,

ν(N) ist dabei die zulässige Frequenz der N-ten Mode, c die Lichtgeschwindigkeit und L die Resonatorlänge (Abstand zwischen den Resonatorspiegeln). In dieser Formel kann man die Frequenz durch den gebräuchlicheren Begriff Wellenlänge ersetzen und erhält für die möglichen Wellenlängen λ in einem Resonator:

$2L = N \cdot \lambda$

Ein optischer Resonator wirkt also wie ein Kammfilter, das bestimmte aufeinanderfolgende Frequenzen verstärkt oder abschwächt.

Durch gaußförmige Dopplerverbreiterung der an sich scharfen Emissionslinie entsteht die gaußförmige Einhüllende über eine gewisse Anzahl von „Kammzinken“. Auf Grund obiger Resonatoreigenschaft (und der wieder anschließenden Dopplerverbreiterung) werden mehrere Teillinien der Emissionslinie des aktiven Mediums im Resonator verstärkt. Die einzelnen im Resonator verstärkten Teillinien haben ein Lorentz-Profil mit sehr geringen Linienbreiten wegen der großen Länge der Wellenzüge im Resonator und da bei der Resonanz Störeffekte wie der Doppler-Effekt in den Hintergrund treten. Somit erhält man nebenstehendes Spektrum mit mehreren Lorentz-Kurven (den sogenannten Lasermoden) mit einer gaußförmigen Einhüllenden. Da jedoch eine Mindestintensität nötig ist, damit im Resonator noch eine Verstärkung stattfinden kann, erhält man nur eine begrenzte Anzahl Moden, da Moden, die zu weit vom Linienschwerpunkt entfernt sind, zu wenig intensiv sind um noch verstärkt zu werden. Die Strahlung benachbarter Moden ist immer orthogonal zueinander polarisiert.

Der Frequenzabstand zwischen zwei benachbarten Moden ist:

$\Delta \nu = \frac{c}{2L}$

Nach vier Reflexionen erreicht der Lichtstrahl den Startpunkt

Es kann sich auch ein Zustand einstellen, bei dem der Strahl zweimal durch den Resonator hin- und herlaufen muss, um wieder zum Ausgangspunkt zu gelangen. Dadurch wird die effektive Resonatorlänge verdoppelt, und die Modenabstände werden auf $\Delta \nu = \frac{c}{4L}$ halbiert.

Die Halbwertsbreite Δ der Maxima ist

$\Delta = \frac{\mathrm{FSR}}{\mathcal{F}}$

Der dabei auftretende Faktor $\mathcal{F}$ wird als Finesse bezeichnet und ist die entscheidende Kennzahl für Resonatoren, die das spektrale Auflösungsvermögen angibt. FSR gibt den freien Spektralbereich des Resonators an. Die Finesse hängt bei Vernachlässigung der Verluste im Resonator nur vom Reflexionsfaktor R der Spiegel ab:

$\mathcal{F} = \frac{\pi \sqrt{R}}{1-R}$

Je nach verwendeten Spiegeln kann die Finesse Werte von etwa 10 bis zu mehreren 100.000 annehmen.

In vielen Anwendungen sind mehrere longitudinale Moden unerwünscht. Eine Verkürzung der Resonatorlänge, um nur eine Mode zu erzeugen, macht aber meist keinen Sinn, da dadurch nicht die gewünschte Lichtleistung erzielt werden kann. Man behilft sich, indem im Resonator ein sogenanntes Etalon eingebracht wird. Das Etalon stellt im Prinzip einen „Resonator im Resonator“ dar, welcher nur Wellen der gewünschten Mode verstärkt, andere Moden aber unterdrückt. Man spricht in diesem Fall von Monomode- oder Singlemode-Lasern (im Gegensatz zu Multimode-Lasern).

Transversale Moden

Feldstärke und Intensität eines Laserstrahls in der TEM₀₀-Mode

TEM-Profile bei zylindrischen Resonatoren

Verschiedene Intensitätsprofile für einen Resonator mit rechteckigen Spiegeln (TEM_xy)

Als transversale Moden bezeichnet man die Verteilung der Phasenlage der Wellen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Bildet sich also eine Mode aus, die nicht den Raum senkrecht zu den Resonatorspiegeln ausfüllt, sondern etwas schräg verläuft, so wird der Licht- und Resonatorweg länger, und die Frequenz verschiebt sich etwas. Dieses führt einerseits zum Konkurrieren um angeregte Mediumsmoleküle zwischen den verschiedenen Frequenzen (Mode Competition), andererseits können sich so stehende Wellen ausbilden, die Knotenlinien innerhalb des Laserprofils aufweisen. Ob und wie sie in einem Laserstrahl vorkommen, lässt sich durch optische Bauelemente wie Polarisationsfilter oder diffraktive optische Elemente bestimmen.

Die Art der transversalen Moden hängt von der Konstruktion des Laser ab:

• Bei Verwendung ebener Reflektoren treten TEM-Moden auf, das heißt, in Ausbreitungsrichtung besitzt die elektromagnetische Welle keine elektrischen oder magnetischen Komponenten. Das trifft auch für die Lichtausbreitung im Freiraum zu.
• Die Mehrzahl der Laser verwendet gekrümmte Spiegel, dann treten fast immer Hybrid-Moden auf, die auch in Ausbreitungsrichtung elektrische und magnetische Komponenten besitzen.

(In Hohlleitern mit metallischer Hülle beobachtet man auch reine TE- bzw. TM-Moden, weil in der Hüllfläche elektrische Ströme fließen können).

Bei zylindrischem Querschnitt des Lasers hat die Strahlintensität im Idealfall ein Gauß-Profil; diese Mode wird als TEM₀₀-Mode bezeichnet (siehe auch: Moden#Weitere akustische Schwingungsmoden). Es können aber auch andere Profile mit Winkel- und radialen Abhängigkeiten auftreten, die sich durch Laguerre-Polynome berechnen lassen. Ist diese Zylindersymmetrie durch Polarisationsfilter oder Brewster-Fenster gestört, treten rechteckige Symmetrien auf, die durch Hermitesche Polynome berechnet werden. Abhängig von der Anzahl ihrer Knotenlinien in horizontale und vertikale Richtung werden sie als TEM_xy-Mode bezeichnet. Für diese Moden ist teilweise der Lichtweg durch den Resonator bis zum Ausgangspunkt anders, das heißt, die Resonatorlänge erscheint verändert. Dieses kann zu einer Verfälschung der Longitudinalmodenspektren führen, indem sich die Spektren verschiedener Transversalmoden überlagern.

Anwendungen von Lasern

Materialbearbeitung

Laser lassen sich in allen Bereichen der Fertigungstechnik nach DIN 8580 für verschiedene Fertigungsverfahren einsetzen Sie werden hierzu an einer Laserbearbeitungsmaschine oder einem Laserscanner betrieben:

• Urformen:
  • Selektives Lasersintern oder Stereolithographie (Rapid Prototyping-Verfahren).
• Umformen:
  • Laserstrahlbiegen von Metallen und von Silizium.
  • Laserunterstütztes Biegen: Erhöhte Bruchdehnung durch vorherige Behandlung mit Laser.

Laserbeschriftetes Schaltkreis-Gehäuse aus Keramik; Zeichenhöhe ca. 1,34 mm

• Trennen/Abtragen:
  • Laserschneiden verschiedenster Materialien wie Holz, Kunststoff, Papier, Metalle
  • Laserbohren, auch Mikro-Laserbohren und Trepanieren (z. B. Löcher für die Effusionskühlung in Turbinenschaufeln, Bohren von Microvias in Leiterplatten)
  • Abtragen: Beseitigen von Material durch Schmelzen, Verdampfen oder bis zum Plasma erhitzen; oder auch photochemischer Abbau von Substanzen (Laserablation).
  • Gravur: Verbreitetes Verfahren für die Laserbeschriftung bzw. -Gravur aller Werkstoffe (z. B. Glasgefäße, Halbleiterbauelemente, Kugellager) in der Serienfertigung. Ein dem Gravieren ähnliches Verfahren ist das Laserritzen, welches in spröden Materialien Anrisslinien für ein nachfolgendes Brechen erzeugt.
  • Lasertrimmen: Ein Verfahren zum Abgleich von Widerständen.
• Fügen:
  • Laserstrahlschweißen und -löten sowohl im Makrobereich wie der Automobilindustrie, dem Flugzeugbau^[10], dem Maschinenbau oder im Schiffbau, aber auch im Mikrobereich wie der Elektronikfertigung. Neben Metallen können auch viele andere Werkstoffe wie Kunststoffe, Gläser, Silizium oder Keramik mit diesem Verfahren verschweißt und verschmolzen werden.
• Beschichten:
  • Laserstrahlpulverbeschichten und Pulsed Laser Deposition.
  • Laserauftragschweißen: Reparaturverfahren durch Aufschmelzen/Einschweißen von Metallpulver.
• Stoffeigenschaften ändern:
  • Laserstrahlhärten: Randschichtenhärtung von Metallen.
  • Laserpolieren: Umschmelzendes Verfahren zur Reduzierung von Oberflächenrauheiten von Metallen, Gläsern und Kunststoffen.
  • Isotopentrennung: Hier wird die unterschiedliche Atom- oder Molekülresonanz der verschiedenen Isotope oder deren organischer Verbindungen ausgenutzt, um sie mittels darauf abgestimmter Laser zu separieren (→ AVLIS, MLIS).

Ein gelasertes Logo auf einem Apfel

• Drucktechnik
  • Belichten der Trommel in Laserdruckern, belichten oder gravieren der Druckwalzen von Druckmaschinen
  • Beschriften mit Laser: Beschriften von Papier, Pappe, Holz, Leder, Kunststoffe und Metall durch Verschmoren.
  • zum Farbabtrag von beschichteten Gegenständen;
  • Projektion sichtbarer Laserstrahlen bei der Holzbearbeitung, Holzrahmenbau und der Fertigung von Leimbindern: Markierung der Position der Holzstreben und –balken sowie des Verlaufes von Strom- und Wasserleitungen, Positionieren der Pressböcke. Die Kontur der fertigen Leimbinder kann auf das Leimbett projiziert, verschoben und gedreht werden; die Positionsdaten können vom Laserprojektor direkt an die CNC-Fräse übertragen werden.
  • umlaufende Laserstrahlen oder Projektion eines Fächers oder Kreuzes im Trockenbau

Steuerungstechnik

• Laser-Interferometer zur hochgenauen Positionsbestimmung, z. B. in Justier- und Belichtungsautomaten der Mikroelektronik
• Lasergeführte fahrerlose Transportfahrzeuge (AGV): Spurführung für fahrerlose Transportsysteme entlang eines Laserstrahls

Medizin

• In der Allgemeinmedizin wird der Laser hauptsächlich in der Diagnose eingesetzt, z. B. bei der Messung von Blutstrom (in der Medizin Flowmetrie genannt) und -zirkulation.
• In der Augenheilkunde wird Laserlicht niedriger Leistung zur Diagnose eingesetzt, z. B. in der optischen Kohärenztomografie (OCT). In der Therapie kann mit höherer Leistung eine sich ablösende Netzhaut am Augenhintergrund verschweißt werden. Außerdem kann Fehlsichtigkeit durch Abtragung von Hornhautoberfläche korrigiert werden (z. B. LASIK-Operation, Femto Lasik).
• In der Chirurgie, Gefäßchirurgie und Phlebologie wird der Laser hauptsächlich im Bereich Endoskopie oder als Laserskalpell eingesetzt. Eine weitere Anwendung ist die Behandlung von defekten Venen (Krampfadern). Hierbei kann der Laser endovenös (Laser-Lichtleiter wird in die Vene eingebracht) angewendet werden. Dieses Laser-Behandlungsverfahren ersetzt dabei das Entfernen der Vene durch „Stripping“. Die Laser-Behandlung ist in vielen Fällen schonender und ambulant durchführbar.
• In der Dermatologie lassen sich mit Laserstrahlen Schnitte und Verödungen durchführen. Blutgefäße können durch Laser bestimmter Wellenlängen (Farbstoff-Laser; Neodym:YAG-Laser; KTP-Laser; Krypton-Laser; Kupferdampf-Laser) koaguliert werden. Pigmentflecken können mit Hilfe ablatierender (= schälender) Laser (Erbium:YAG; CO₂) abgetragen oder mittels gütegeschalteter Neodym:YAG-Laser selektiv zerstört werden. Subkutanes (= unter der Haut gelegenes) Pigment kann mit Hilfe eines gütegeschalteten (ultrakurz gepulsten) Lasers (Neodym; Rubin; Alexandrit) zerstört und damit entfernt werden, ohne die Hautoberfläche selber zu verletzen. Durch Verwendung von langgepulsten (5–500 ms Pulsdauer) Alexandrit-, Rubin-, Neodym- oder Diodenlasern können Haarwurzeln durch die selektive Erhitzung pigmentierter Haare dauerhaft zerstört werden. Ein Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von 308 nm (XeCl) wird zur gezielten Behandlung entzündlicher Hauterkrankungen, vorrangig der Psoriasis (Schuppenflechte) eingesetzt. Oberflächliche Unebenheiten der Haut (Knötchen, Fältchen) werden mit ultragepulsten CO₂- oder Erbium:YAG-Lasern zur kosmetischen Verbesserung des Hautbildes geglättet (Resurfacing). Durch Laserlicht können auch selektiv dermale Anteile erwärmt werden, was in erster Linie dem Kollagenaufbau zur Straffung der Haut dienen soll („Subsurfacing“). Vom Laser sind sogenannte Blitzlampen abzutrennen, die kein monochromatisches, kohärentes Licht emittieren. Ebenso gibt es unterschiedliche Diagnosetechniken der konfokalen Mikroskopie, sowie der optischen Kohärenztomografie (OCT). Diese Techniken spielen aber in der Routinemedizin keine Rolle, sondern dienen eher wissenschaftlichen Fragestellungen.
• In der Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde werden Laser zur Abtragung von Veränderungen an den Stimmbändern bei larynx-mikroskopischen Eingriffen verwendet, außerdem zur Teilabtragung der Mandeln (Tonsillotomie) und von Tumoren in Mund und Rachen (z. B. beim Zungenkarzinom). Bei der Operation wegen Otosklerose wird der Laser zur Perforation der Steigbügel-Fußplatte verwendet.
• In der Zahnmedizin kann der Laser z. B. Erbium:YAG, für den Abtrag von Zahnhartsubstanz („Bohren ohne Bohrer“) oder in der Parodontologie (Keimreduktion und Konkremententfernung in entzündeten Zahnfleischtaschen) verwendet werden. Diodenlaser werden in der Zahnmedizin für chirurgische Eingriffe, z. B. Lippenbändchenentfernung, für die Keimreduktion in der Endodontie (Wurzelkanalbehandlung) oder für die Zahnweißung (Bleaching) verwendet. Der Vorteil der Laserbehandlung gegenüber der konventionellen Methode ist die, dass der Patient weniger Schmerzen hat, die Setzung von Nähten teilweise überflüssig wird, es weniger blutet, da die Wunde verödet ist und die behandelte Stelle gleichzeitig dekontaminiert (keimfrei) wird.
• In der Krebstherapie wird er für die photodynamische Therapie eingesetzt.
• In der Urologie zur Behandlung von Nieren- und Harnleitersteinen und der Prostata.
• Die Lasermikrodissektion ist ein Verfahren zur Gewinnung von kleinsten Proben aus Gewebsschnitten oder Zellkulturen.
• Noch in der Forschung befindliche Techniken betreffen u. a. die Versuche, Nerven unter Einsatz von Laserlicht zielgerichtet wachsen zu lassen.
• In der Orthopädie und der Allgemeinmedizin werden Low Level Laser Therapiegeräte zur Wund- und Schmerzbehandlung benutzt.
• Die Sicherheitsbestimmungen für medizinisch genutzte Laser werden in der EN 60601-2-22 behandelt.

Messtechnik

Eine Reihe von Messgeräten sind auf Laserbasis konstruiert:

• Durch Interferenzen oder das Kohärenzradar sind Präzisionsmessungen möglich.
• Beim Tunnelbau kann durch Laserstrahlen ein gerader Tunnelvortrieb erreicht werden.
• Im Bauwesen wird er zum Nivellieren oder beim Kanallaser genutzt.
• zur optischen Abstandsmessung:
  • Light detection and ranging (Lidar) ist eine dem Radar verwandte Methode zur Fernmessung atmosphärischer Parameter.
  • In der Verkehrsüberwachung werden Laserpistolen zur Geschwindigkeitsmessung verwendet.
• In Barcodelesegeräten werden die Laser zum Abtasten von Barcodes verwendet. Dabei wird der Strahl über ein Spiegelrad gleichmäßig über den Barcode linienförmig geführt. Der reflektierte Strahl wird über einen Phototransistor als Hell-Dunkel-Sequenz ausgewertet.
• In Brandmeldern („Lasermelder“)
• Schwingungsanalyse und Formerfassung durch elektronische Speckle-Muster-Interferometrie (ESPI).
• Lasermikrofon: ein Gerät zur Aufnahme von Schall, das einen Laser zur Abstandsmessung einer Membran verwendet.
• Laserextensometer und Laser-Doppler-Extensometer zur berührungsfreien Messung von Verformungen in der Materialprüfung.
• Laser-Speckle-Extensometer zur markierungslosen berührungsfreien Messung von Verformungen in der Materialprüfung.
• Laser-Doppler-Anemometer und Particle-Image-Velocimetry zur berührungsfreien Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen oder Flüssigkeiten.
• Laser-Lichtschnittsensor zur Messung von Höhenprofilen entlang einer projizierten Linie mithilfe einer Bildverarbeitung.
• Positionsmessung: Positionsermittlung des Laserstrahlschwerpunktes mit Hilfe eines Position Sensitive Device (PSD).
• Laser-Wolkenhöhenmesser in der Meteorologie
• Laserkreisel – Ein optischer Sensor zur Bestimmung der absoluten Winkelgeschwindigkeit (Navigation, Ersatz von mechanischen Kreiselkompassen).

Optik, Geodäsie, Astronomie

Laser am Paranal-Observatorium

Laser dienen zur genauen Ausrichtung optischer Bauteile und astronomischer Instrumente sowie zur Beobachtung von Raumobjekten, unter anderem für

• Justierung optischer Achsen mittels Justierlaser oder Kollimation
• Horizont- und Neigungsmessung mit speziellem Laserpointer oder dem Kanallaser
• Erzeugen horizontaler oder vertikaler Linien mittels Linienlaser
• Zielung mit Laserteleskopen, modernen Laser-Theodoliten und -Zielfernrohren
• Distanzmessungen in der Geodäsie, etwa beim Tachymeter und Lasertracker
• Handgeräte zur Distanzmessung wie den LaserDisto
• Satellite Laser Ranging mittels Laufzeitmessung
• Lunar Laser Ranging
• Astronomische Richtlaser für die Adaptive Optik großer Teleskope (künstlicher Stern).

Wissenschaft

• Laserspektroskopie:
  • Laser werden zur Bestimmung von Energieniveaus in Atomen und Molekülen, zur Dichtemessung in Gasen und Plasmen oder zur Bestimmung von Materialeigenschaften eingesetzt.
  • Laserspektroskopische Verfahren sind beispielsweise die Atomspektroskopie, TDLAS, oder Nichtlineare Raman-Spektroskopie.
• In der Chemie ist durch Infrarot- und Ramanspektroskopie die Identifizierung und Analyse von Molekülen möglich:
  • zeitaufgelöste Spektroskope mit ultrakurzen Laserpulsen im Pikosekunden-Bereich, z. B. zeitlicher Ablauf von chemischen Reaktionen.
• Nichtlineare Optik: z. B. Frequenzkonversion
• In den Biowissenschaften: Durch Laserlicht angeregte Fluoreszenzfarbstofffe und die Benutzung eines Konfokalmikroskops oder eines Zwei-Photonen-Mikroskops ermöglichen es, Zellen und subzelluläre Strukturen mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung im lebenden Gewebe (im Gewebeschnitt oder in vivo) zu beobachten.
• In der Zellbiologie als optische Pinzette
• Vermessungen der Erde durch Satelliten, Messung von tektonischen Verschiebungen
• Laserkühlung in Atom- und Ionenfallen
• Plasmaerhitzung in einem Tokamak/Stellerator Fusionsreaktor mittels eines starken Lasers

Holografie

• Als Kunstobjekte
• Zur Datenspeicherung
• Zur Bildspeicherung

Datentechnik

• Datenspeicherung, z. B. CD-ROM, DVD, Blu-ray
• Datenübertragung, z. B. mit Lichtwellenleitern
• Datenfernübertragung, Laser-WLAN, → Optischer Richtfunk
• Laserdrucker
• Laserscanning, das Abtasten zwei- oder dreidimensionaler Oberflächen

Fotolithografie

Mit Lasern können Strukturen im Mikrometer- und Submikrometerbereich auf fotosensitive Materialien geschrieben werden. Mittels mikrofotolithografischer Systeme werden im Direktschreibverfahren hochaufgelöste Vorlagen (Masken) für verschiedene Anwendungen erzeugt, die z. B. mittels breitbandiger Hochleistungslaser in der Produktion auf die endgültigen Materialien umkopiert werden. Andere Anwendungen schließen das Direktschreiben von Strukturen auf Silizium-Wafern in niedrigen Stückzahlen oder das Schreiben von Strukturen auf fotoempfindlichen Filmen (z. B. Dehnungssensoren) ein.

• Bildschirmmasken
• Leiterplatten
• ICs
• Sensoren
• u. v. m.

Militärtechnik

In der Militärtechnik werden Laser zur Kommunikation, zu Messzwecken und als Waffe verwendet.

• Markierung von Zielen für selbststeuernde Waffen und lasergelenkte Bomben.
• Entfernungsmessung mittels einer Lasermesseinheit, z. B. für Panzer und die Artillerie
• Laser als oder an Handgeräten
  • „Lasergewehre“, die den Gegner z. B. erblinden lassen, meist jedoch nur vorübergehend blenden^[11]
  • Laser an Handfeuerwaffen
    • zur Zielmarkierung, beispielsweise bei der AM180
    • zur (Infrarot-)Beleuchtung
    • zur Entfernungsmessung
• Kommunikationsverbindungen in der Atmosphäre, im Weltraum und im Meerwasser
• bodengestützte, auf Flugzeugen (Boeing AL-1) oder Schiffen stationierte Hochenergielaser zur Raketenabwehr (sogenannte Laserkanonen). Der Betrieb ist sehr aufwendig, teuer, die Waffen haben eine Gefahrenzone, in der sich beim Betrieb keine Menschen aufhalten dürfen, sie sind wenig effektiv bzw. Raketen können dagegen effizient geschützt werden (→ Tactical High Energy Laser, Energiewaffe)
• Projekte für Lasersatelliten zur Raketenabwehr mittels Hochenergielasern (→ chemische Laser, MIRACL, Röntgenlaser, Weltraumwaffe)

Unterhaltung/Medien

• CD-Spieler, DVD-Spieler, Blu-ray-Disc-Spieler
• Laserpointer
• Disco
• Lasershows (Veranstaltungen)
• Laserharfe
• Planetarien
  • ZULIP, Laservideoprojektor (Rechteckiges Bild), z. B. Planetarium Hamburg
  • ADLIP, kuppelfüllende Projektionstechnik durch Einsatz mehrerer Laservideoprojektoren, z. B. im Planetarium Jena
  • Tridome, kuppelfüllende Projektionstechnik durch Einsatz mehrerer Vektor-Laserprojektoren, z. B. Planetarium Hamburg
• In der DIY-Szene hat sich ein Trend hin zur Arbeit mit Lasern entwickelt. So gibt es bereits unzählige Bauanleitungen für Laserwaffen (die mehr oder weniger gefährlich sind).^[12] Durch die Stärke der verwendeten Laser kann es zu Hautverbrennungen und Erblindung kommen. Die Geräte fallen allerdings nicht unter das Waffengesetz.

Gefahren

Gesundheitsgefahren

Warnung vor Laserstrahl

Laser können aufgrund der Eigenschaften ihrer Strahlung und aufgrund ihrer extrem konzentrierten elektromagnetischen Leistung biologische Schäden verursachen. Daher sind Laser je nach Laser-Klasse mit genormten Warnhinweisen zu versehen. Dabei werden Bereiche der Wellenlängen und Einwirkzeiten unterschieden, die zu charakteristischen Verletzungen und Verletzungs-Schwellwerten der Leistungs- oder Energiedichte führen.

Anwender und Anlagenbauer müssen direkte, indirekte (unbeabsichtigt gerichtet reflektierte) und Streustrahlung (unbeabsichtigt diffus reflektierte) hinsichtlich dieser Grenzwerte berücksichtigen.

Mögliche Schäden:

• Verbrennungen im Auge: Bereits bei relativ geringen Leistungen (wenige Milliwatt) einer Wellenlänge, für die das Auge transparent ist (etwa 350 bis 1200 nm) treten im ungeschützten Auge partielle Erblindungen durch Netzhautschäden auf, da der parallele Laserstrahl durch die Augenlinse auf der Netzhaut fokussiert wird. Auch Streustrahlung stärkerer Laser dieses Wellenlängenbereiches ist gefährlich. Schäden werden oft nicht bemerkt, sondern erst vom Augenarzt entdeckt.
• Verbrennung von Auge und Haut: Treffen Laserstrahlen oder deren Streustrahlung einer Wellenlänge, für die Haut und Hornhaut nicht transparent sind (ab etwa >1400 nm), auf, kommt es zu oberflächlichen Verbrennungen und Verkohlungen.
• Laserstrahlen im Nahinfrarot-Bereich (um 1000 nm) oder deren Streustrahlung dringen tief unter die Haut vor und können im Unterhautgewebe schmerzlose, schlecht heilende Verbrennungen verursachen.
• Laser im Ultraviolettbereich verursachen neben den genannten Schäden auch fotochemische Veränderungen des Gewebes. Dazu gehören Erscheinungen ähnlich einem Sonnenbrand mit dem Risiko einer Krebsentstehung sowie Trübungen der Hornhaut, der Augenlinse und des Glaskörpers.
• Bei der medizinischen Anwendung von Lasern kann es zur Entzündung vorhandener oder gebildeter Gase kommen.
• Bei der Lasermaterialbearbeitung entstehen durch Pyrolyse und Verdampfung teilweise hochgiftige Gase, Stäube und Aerosole, die abgesaugt und gefiltert werden müssen.

Die Gefährdung durch Laserstrahlung an Maschinen zur Lasermaterialbearbeitung wird oft nach der Maschinenrichtlinie beurteilt und ergibt auf dem Risikograph meistens die bisherige Kategorie 4 beziehungsweise die Sicherheitsanforderungsstufe 3 (auch Sicherheits-Integritätslevel 3, kurz SIL-3).

Sachschäden

Laserstrahlen können bei ausreichender Leistung oder Fokussierung Brände und Explosionen auslösen. Hochbrillante Laser zur Materialbearbeitung können bei Versagen der Steuerung (zum Beispiel eines Roboters) auch an weit außerhalb ihrer Fokusebene liegenden Bauteilen oder Wandungen Schäden verursachen.

Prävention

Jede kommerzielle Einrichtung, die einen Laser ab der Klasse 3R benutzt, muss von einem Laserschutzbeauftragten auf Gefahren und richtige Verwendung des Lasers unterwiesen werden.

Laser-Klassen

Lasergeräte werden entsprechend der schädlichen biologischen Wirkung von Laserstrahlung in Klassen eingeteilt. Maßgeblich für die nationalen und internationalen Laserklassen ist dabei die Definition von Grenzwerten, bei denen keine Schädigung zu erwarten ist. Neben der amerikanischen ANSI-norm gibt die International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection Grenzwerte im Spektralbereich zwischen 400 und 1400 nm heraus.^[13]

Maßgeblich ist bei nichtionisierender Strahlung die thermische Leistung pro Fläche sowie die spezifischen wellenlängenabhängigen Absorptionseigenschaften des Gewebes (Haut sowie Retina, Hornhaut, Glaskörper und Linse des Auges). Durch die Fokussierung der Augenlinse ist die Gefährlichkeit im sichtbaren und besonders im angrenzenden infraroten Bereich erhöht.

Oberhalb von 1,4 µm Wellenlänge wird die Strahlung großflächig in der Hornhaut absorbiert. Sie bietet einen Schutz für die Retina des Auges. Jedoch reduziert sich die Absorptionstiefe auf weniger als 0,1 mm bei 3 µm Wellenlänge, weshalb es zu Schäden in der Hornhaut kommen kann. Aus diesem Grund heißt der Wellenlängenbereich von 1,5 bis 2 µm augensicher (engl. eye safe) .

Unterhalb 1,4 µm sind Hornhaut, Haut und darunter liegendes Gewebe im Bereich 1200 nm (Nahinfrarot) bis rot (700 nm) teiltransparent, sodass hier tiefreichende Schädigungen auftreten können, deren Entstehung aufgrund dort nicht vorhandenen Wärmeempfindens oft nicht bemerkt werden. Auch Netzhautschäden durch Laser-Strahlung im Nahinfrarot werden oft nicht bemerkt und erst durch für entsprechende Arbeitsplätze vorgesehene ärztliche Augenuntersuchungen entdeckt.

Bei Wellenlängen unterhalb von etwa 400 nm werden organische Molekülbindungen zerstört, die Absorptionstiefe in Gewebe verlagert sich mit kürzerer Wellenlänge an die Oberfläche von Haut und Auge. Es treten auch bei geringen thermischen Leistungsdichten Linsen- und Hornhauttrübungen sowie Schädigungen der Haut vergleichbar einem Sonnenbrand auf. Dementsprechend sind die Grenzwerte der Leistungsdichte bei diesen kurzen Wellenlängen geringer als beispielsweise im mittleren Infrarot.

Die Klasseneinteilung von Lasergeräten und -anlagen erfolgt anhand maximal auftretender Leistungs- bzw. Energiedichten, je nachdem, ob es sich um kontinuierliche oder Pulslaser handelt. Dabei ist auch die Expositionsdauer und die Wellenlänge maßgebend.

Klassifizierung nach EN 60825-1

Ein vorschriftsgemäß nach EN 60825-1 klassifizierter Laser

Entsprechend der Gefährlichkeit für den Menschen sind die Laser in Geräteklassen eingeteilt. Die Klassifizierung nach EN 60825-1 erfolgt vom Hersteller. (Die alte Klassifizierung nach DIN VDE 0837 (→ unten) darf für neue Laser nicht mehr verwendet werden)

Klasse	Leistung	Wellenlänge	Beschreibung
1	< 25 µW	400...700 nm	Die zugängliche Laserstrahlung ist ungefährlich oder der Laser ist in einem geschlossenen Gehäuse
1M	< 25 µW	302,5...4000 nm	Die zugängliche Laserstrahlung ist ungefährlich, solange keine optischen Instrumente, wie Lupen oder Ferngläser verwendet werden.
2	≤ 1 mW	400...700 nm	Die zugängliche Laserstrahlung liegt nur im sichtbaren Spektralbereich (400 nm bis 700 nm). Sie ist bei kurzzeitiger Bestrahlungsdauer (bis 0,25 s) auch für das Auge ungefährlich.
2M	≤ 1 mW	400...700 nm	Wie Klasse 2, solange keine optischen Instrumente, wie Lupen oder Ferngläser, verwendet werden.
3R	1 bis 5 mW	302,5 nm...106 nm	Die zugängliche Laserstrahlung ist gefährlich für das Auge.
3B	5 bis 500 mW	302,5...106 nm	Die zugängliche Laserstrahlung ist gefährlich für das Auge und in besonderen Fällen auch für die Haut. Diffuses Streulicht ist in der Regel ungefährlich. (Laser von CD-/DVD-Brennern; Laserstrahlung allerdings nicht direkt zugänglich)
4	> 500mW	302,5...106 nm	Die zugängliche Laserstrahlung ist sehr gefährlich für das Auge und gefährlich für die Haut. Auch diffus gestreute Strahlung kann gefährlich sein. Beim Einsatz dieser Laserstrahlung besteht Brand- oder Explosionsgefahr. (Materialbearbeitung, Forschungslaser)

Anmerkung zu Laserklasse 2 und 2M: Eine wissenschaftliche Untersuchung^[14] ergab, dass der Lidschlussreflex (dieser tritt im Übrigen innerhalb 0,25 s auf; eine längere Bestrahlung schädigt das Auge) nur bei < 20 % der Testpersonen gegeben war. Von dem Vorhandensein des Lidschlussreflexes zum Schutz der Augen kann der Studie zufolge nicht als Regelfall ausgegangen werden.

Anmerkung zur Leistung: Die angegebenen Leistungen gelten nur für punktförmige Quellen und stark kollimierte Laserstrahlung. Bei ausgedehnten Quellen und divergenter Strahlung können weit höhere Leistungen auftreten. So wird in der EN 60825-1:2007 im Anhang B auf Seite 67 das Beispiel B.3.2 angegeben, bei dem eine 12-mW-Laserdiode (Wellenlänge 900 nm) nach Klasse 1M klassifiziert wird.

Klassifizierung nach DIN VDE 0837

Bis März 1997 galten in Deutschland die Laserklassen nach DIN VDE 0837. Diese Einteilung ist heute noch in den USA gebräuchlich.

Klasse	Beschreibung
1	entspricht der Klasse 1 nach EN 60825-1
2	entspricht der Klasse 2 nach EN 60825-1 Laser dieser Klasse werden unter Umständen heute in 1M eingestuft.
3a	Die zugängliche Laserstrahlung wird für das Auge gefährlich, wenn der Strahlquerschnitt durch optische Instrumente verkleinert wird. Ist dieses nicht der Fall, ist die ausgesandte Laserstrahlung im sichtbaren Spektralbereich (400 nm bis 700 nm) bei kurzzeitiger Bestrahlungsdauer (bis 0,25 s), in den anderen Spektralbereichen auch bei Langzeitbestrahlung, ungefährlich. Je nach Wellenlänge werden diese Laser heute meistens in Klasse 2M oder 3R eingestuft.
3b	entspricht der Klasse 3B nach EN 60825-1
4	entspricht der Klasse 4 nach EN 60825-1

Siehe auch

• Maser – Das Pendant zum Laser für Mikrowellen
• Superlumineszenz – verstärkte spontane Emission

Literatur

• Fritz Kurt Kneubühl, Markus Werner Sigrist: Laser. 7. Auflage. Teubner, Wiesbaden 2008, ISBN 3-8351-0145-5.
• J. Eichler, H. J. Eichler: Laser. Bauformen, Strahlführung, Anwendungen. 7. Auflage. Springer Verlag, 2010, ISBN 3-6421-0461-4.
• Anthony E. Siegman: Lasers. University Science Books, Mill Valley/CA 1986, ISBN 0-935702-11-3.
• William T. Silfvast: Laser Fundamentals. 2. Auflage. Cambridge University Press, Cambridge 2004, ISBN 0-521-83345-0.
• Axel Donges: Physikalische Grundlagen der Lasertechnik. Shaker, Aachen 2007, ISBN 978-3-8322-6392-8.
• Charles H. Townes: How the Laser Happened. Oxford University Press, New York Oxford 1999, ISBN 0-19-512268-2

Weblinks

 Commons: Laser – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

 Wiktionary: Laser – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Einstiegsseite zur Laserthematik mit vielen Unterseiten auf Welt der Physik
• Laserdatenbank und Linksammlung aus dem Bereich Lasertechnik
• Laser in der Encyclopedia of Laser Physics and Technology (engl.)
• Englische Sammlung technischer Dokumentationen und Reparaturanleitungen
• http://www.laserfest.org Website der American Physical Society anlässlich des 50. Jubiläums des Lasers

Einzelnachweise und Fußnoten

1. ↑ R. G Gould: The LASER, light amplification by stimulated emission of radiation. In: The Ann Arbor Conference on Optical Pumping. 1959.
2. ↑ vgl. erste Seite von Goulds Notizblock aus dem Jahr 1957 in der englischen Wikipedia
3. ↑ Neben der stimulierten Emission, die den Laserprozess erzeugt, gibt es auch die sog. spontane Emission, die zufällig und daher - im Gegensatz zur stimulierten Emission - für den Laserprozess nicht nur nicht wesentlich, sondern sogar schädlich ist. Da sie mit der der dritten Potenz der Frequenz ν anwächst, spielt sie bei sehr niedrigen Energien keine Rolle, während sie die Erzeugung von Lasern mit hoher Frequenz, z. B. im Röntgenbereich, zumindest stark behindert.
4. ↑ F. K. Kneubühl, M. W. Sigrist: Laser. 3. Auflage. Teubner, 1991, S. 4.
5. ↑ T. H. Maiman: Stimulated Optical Radiation in Ruby. In: Nature. 187 4736, 1960, S. 493–494.
6. ↑ A. Javan, W. R. Bennet, D. R. Herriot: Population Inversion and Continuous Optical Maser Oscillation in a Gas Discharge Containing a He-Ne Mixture. In: Phys. Rev. Lett. 6, 106–110, 1961
7. ↑ J. Eichler, H. J. Eichler: Laser. Bauformen, Strahlführung, Anwendungen. 7. Auflage. Springer Verlag, S. 160
8. ↑ Dr. Rüdiger Paschotta: Ring Lasers. In: Encyclopedia of Laser Physics and Technology. RP Photonics Consulting GmbH, abgerufen am 26. April 2010 (englisch). 
9. ↑ Laser - Bauformen, Strahlführung, Anwendungen 7.Auflage, Springerverlag
10. ↑ Jens Liebscher: Beidseitig gleichzeitiges Laserstrahlschweißen von großformatigen 3D-Luftfahrtstrukturen, Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS), Dresden. Dezember 2005. 
11. ↑ http://www.alfalight.com/nlod.aspx grüner Blendlaser
12. ↑ DIY Laser Weapons
13. ↑ Revision of Guidelines on Limits of Exposure to Laser Radiation of Wavelengths between 400 nm and 1.4 mm. International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, 30. März 2000, abgerufen am 28. Dezember 2009 (englisch). 
14. ↑ Reidenbach, H.-D.; Dollinger, K.; Hofmann, J.: Überprüfung der Laserklassifizierung unter Berücksichtigung des Lidschlussreflexes. In: Schriftenreihe der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin. Fb 985, Wirtschaftsverlag NW, Bremerhaven 2003, ISBN 978-3897019683.
    Zusammenfassung in Abwendungsreaktionen des Menschen gegenüber sichtbarer Laserstrahlung.