Anwendungen der Lanthanoide: Lasertechnologie

Jeder kennt Laser aus dem täglichen Leben: Als Bestandteil eines CD-Players, als Lesegerät für Strichcodes im Supermarkt...

Doch was verbirgt sich hinter der Bezeichnung und wie funktioniert ein Laser?

Der Begriff Laser ist eine Abkürzung für den englischen Terminus light amplification by stimulated emission of radiation, d. h. Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission.

Die wichtigste Eigenschaft eines Lasers ist die Abgabe kohärenten Lichtes. Kohärent bedeutet, dass das Licht aus Photonen der gleichen Wellenlänge besteht und in einem zusammenhängenden, nahezu zerstreuungsfreien Strahl gebündelt ist.

Grundsätzlich ist ein Laser ein Energiewandler, der ungeordnete thermische, elektrische oder chemische Energie in geordnete Strahlungsenergie umwandelt.

Die Verstärkung des Lichtes wird dadurch erreicht, dass das Lasermedium zunächst durch Energiezufuhr in einen angeregten, energiereichen Zustand überführt wird und hiernach durch die gleichzeitige Abgabe von Photonen die aufgenommene Energie wieder abgibt.
Diese Photonen werden durch ein Spiegelsystem gebündelt und focussiert um den kohärenten Laserstrahl zu erhalten.

Man unterscheidet die verschiedenen Lasertypen hauptsächlich nach der Art des Lasermediums.
Es gibt Gaslaser wie z. B. den Kohlendioxidlaser und den Edelgaslaser, Feststofflaser wie den Rubinlaser oder den Nd-YAG-Laser oder chemische Laser wie den HF-Laser.
Nd-YAG steht für neodymdotierten Yttrium-Aluminium-Granat, Y₃Al₅O₁₂, bei dem ca. ein Prozent der Yttrium-Ionen durch Neodym-Ionen ersetzt sind.

Die Anwendungsgebiete der Lasertechnologie sind äußerst vielseitig:

Einer der prominentesten Einsatzbereiche ist die Informationstechnik, bei der Laser sowohl zum Lesen (z. B. CD, MiniDisc, Strichcodescanner im Supermarkt) als auch zum Schreiben (z. B. CD-Brenner, MiniDisc) digitaler Daten eingesetzt werden.
Ein weiteres Einsatzgebiet für Laser ist die Datenübertragung mittels der Glasfasertechnologie, welche aufgrund der höheren Übertragungskapazitäten den bislang verwendeten Kupferleitungen überlegen sind.
In der Materialbearbeitung können Laser sowohl zum Schneiden oder Bohren von mehreren Zentimeter dicken Stahlplatten als auch zur Bearbeitung von Mikrochips verwendet werden.
In der Medizin werden Laser zum Schneiden wie auch zum Verschweißen von Gewebe eingesetzt, auch der Bohrer des Zahnarztes kann zum Teil durch Laser ersetzt werden.
Eine militärische Anwendung der Lasertechnologie liegt in der Markierung eines Ziels durch einen Laserstrahl, der als Leitstrahl für Bomben oder Raketen benutzt wird.
Eine wesentlich zivilere Variante desselben Prinzips sind die bei vielen Vorträgen eingesetzten "Laserpointer".
Auch in der Messtechnik werden Laser eingesetzt, im Baugewerbe ebenso wie in der Geologie oder der Astronomie.
Natürlich finden Laser auch in den Naturwissenschaften Anwendung:
In der Physik dominieren die optischen Anwendungen, in der Chemie dienen Laser zum einen zur Untersuchung von Kristallgittern und zum anderen als Energiequelle.