Laser: Gefährdungen und Schutzmaßnahmen / 2 Grundlagen

2.1 Lasereffekt

Laserstrahlung ist elektromagnetische Strahlung, die durch kontrollierte stimulierte Emission entsteht. Normalerweise wird ein Teil der elektromagnetischen Lichtwellen von den Atomen eines durchstrahlten Mediums aufgenommen (Absorption). Beim Lasereffekt hingegen werden die Atome des zu durchstrahlenden Materials (Feststoffe, Flüssigkeiten oder Gase) bereits vor Lichtdurchgang angeregt. Dadurch geben sie beim Lichtdurchgang durch das Medium zusätzlich elektromagnetische Lichtwellen an den Lichtstrahl ab. Der austretende Lichtstrahl ist damit stärker als der eingehende. Die zur Anregung der Atome im Medium benötigte Energie nennt man "Pumpenergie" (vgl. Abb. 1).

Abb. 1: Prinzip der Entstehung von Laserstrahlen

2.2 Erzeugung von Laserlicht

Um einen Lichtstrahl mit geringem Durchmesser zu erzeugen, ist eine Anordnung notwendig, in der ein Lasermaterial, das Licht einer bestimmten Wellenlänge erzeugt, zwischen zwei Spiegeln (optischen Resonatoren) angeordnet ist. Die Lichtstrahlen, die dabei auf der Achse zwischen den beiden Krümmungsmittelpunkten verlaufen, werden in sich selbst reflektiert. Dadurch wird die Lichtleistung erhöht (Abb. 2).

Abb. 2: Prinzip des Laserstrahles

2.3 Eigenschaften von Laserstrahlung

Laserstrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung im optischen Spektralbereich von 100 nm bis 1 mm. Laserstrahlung kann technisch in folgenden Wellenlängenbereichen realisiert werden (Tab. 1):

Wellenlängenbereich	Wellenlänge in nm
Ultraviolett C (UV-C)	100	bis	280
Ultraviolett B (UV-B)	280	bis	315
Ultraviolett C (UV-C)	315	bis	400
Sichtbare Strahlung	400	bis	700
Infrarot A (IR-A)	700	bis	1.400
Infrarot B (IR-B)	1.400	bis	3.000
Infrarot C (IR-C)	3.000	bis	1.000.000

Tab. 1: Wellenlängenbereiche technisch realisierbarer Laserstrahlung

Laserstrahlung besitzt hauptsächlich die folgenden Eigenschaften:

• Das Laserlicht ist scharf gebündelt und die Strahlen verlaufen parallel.
• Das Laserlicht ist in Phase – also "kohärent". Das heißt, die Lichtwellenzüge werden zum gleichen Zeitpunkt ausgelöst.
• Das Laserlicht ist einfarbig ("monochromatisch"), d. h., es hat immer eine ganz bestimmte Wellenlänge (Abb. 3) (dies ist z. B. bei der Auswahl der richtigen Laserschutzbrille entscheidend). Eine Ausnahme bilden Farbstofflaser (gefärbte Flüssigkeit als Lasermaterial), deren Wellenlängenbereich veränderbar ist.

Praxis-Beispiel

Laser im sichtbaren Bereich

• Argon-Laser (grüner Gaslaser; Einsatz z. B. in der Holographie, Messtechnik, Spektroskospie, Medizin);
• Rubin-Laser (roter Feststofflaser; Einsatz z. B. in der Medizin, Materialbearbeitung);
• Helium-Neon-Laser (roter Gaslaser; Einsatz z. B. Messtechnik, Holographie, Justieren).

Praxis-Beispiel

Laser im nicht sichtbaren Bereich

• Gallium-Arsenid-Laser (Feststofflaser im nahen Infrarot; Einsatz z. B. bei der optischen Informationsübertragung, Laserdruckern, Messtechnik);
• Yttrium-Aluminium-Granat (Y3Al5O12)-Neodym(Nd)-Laser (Feststofflaser im nahen Infrarot; Einsatz z. B. in der Medizin, Materialbearbeitung);
• Kohlendioxid (CO2)-Laser (Gaslaser im fernen Infrarot; Einsatz z. B. in der Materialbearbeitung).

Abb. 3: Wellenlänge von Laserstrahlen und Durchlässigkeit der optischen Medien des Auges (Lehder/Skiba)