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Das Zeitalter des Lasers

Nachdem seit dem 16. Mai 1960 dank T. Maiman erstmals ein funktionsfähiger Laser existiert, beginnt 1960 das leuchtende Zeitalter des Lasers. Bereits Ende 1960 konzipiert der iranische Physiker Ali Javan in den Bell Laboratories den ersten Gaslaser. In diesem Sinne sind in den folgenden Jahrzehnten mehrere zehntausend Wissenschaftler und Ingenieure an noch intensiveren Forschungsarbeiten und stetigen Weiterentwicklungen dieser Technologie beteiligt. Bis heute sind die obersten Ziele dieser Forschungen der Fortschritt hinsichtlich der Laserquellen und der einzigartigen Eigenschaften des Lasers sowie der Einsatz dieser Prinzipien in den verschiedensten Zweigen von Wissenschaft und Technik. Zentrale Punkte der Forschung bestehen daher aus der Entwicklung von Gaslasern (z.B. Sauerstoff-, Stickstoff-, CO2-, Helium-Neon-Laser), Farbstofflasern (z.B. Argon-, frequenzverdoppelte Nd:YAG-, Excimer-Laser) und Festkörperlasern (z.B. Al2O3-, YAG-, Nd:YAG-, YVO4-, Nd:YVO4-, Faserlaser) inklusive deren Einsatzmöglichkeiten in den verschiedensten Anwendungen.

1961 Erster Einsatz eines Lasers in der Augenheilkunde

Ein Verfahren, das in unserer heutigen Zeit längst als gängiger Routineeingriff gewertet wird, galt bis 1961 als schier nicht möglich. Die Rede ist natürlich vom Einsatz der Lasertechnologie in der Augenheilkunde. Erstmals in der Geschichte des Lasers wagen US-amerikanische Forscher und Mediziner die Anwendung eines Rubinlasers in der Medizintechnik und schaffen damit ein revolutionäres und universell einsetzbares Werkzeug für Chirurgen in den verschiedensten Facharztrichtungen.

1662 Der Wettlauf um den Laser und die Entwicklung des Halbleiterlasers

Wie bei jeder neuartigen, technologischen Entwicklung ist auch die Lasertechnik vom Konkurrenzkampf diverser Forschungsinstitute und Unternehmen geprägt. Bereits im Jahre 1962 sind ungefähr 500 verschiedene Arbeitsgruppen am Wettlauf um die Vormacht in der Lasertechnik beteiligt, jedoch sind nur ungefähr 25 Entwicklerteams dazu in der Lage, ein marktreifes Produkt zu platzieren.

Ebenfalls im September des Jahres 1962 veröffentlicht das Team der General Electric Company (Schenectady - USA) unter der Leitung von Robert N. Hall einen ersten funktionsfähigen Halbleiterlaser. Dieses auch als Laserdiode bekannte Halbleiterbauteil ist eng verwandt mit der Leuchtdiode (LED) und eignet sich aufgrund seiner kompakten Struktur und Fähigkeit zum Dauerbetrieb besonders gut zur Integration in komplexeren elektronischen Bauteilen.

1964 Eine Bereicherung für die Industrie: CO2-Laser

Im Jahre 1964 entwickelt der indische Elektroingenieur und Physiker Chandra Kumar N. Patel in den Bell Laboratories den ersten marktreifen CO2-Laser. Kohlendioxidlaser genießen seit ihrer Erfindung aufgrund ihrer effizienten und kostengünstigen Funktionswiese ein hohes Ansehen in der industriellen Materialbearbeitung. Die Einsatzgebiete und Anwendungsfälle umfassen dank der vergleichsweise hohen Strahlenleistung verschiedenste Prozesse zum Schneiden, Bohren und Schweißen von Metallen und sorgen in der Industrie für eine weite Verbreitung der Kohlenstoffstoffdioxidlaser.

1966 Die Zufallsentdeckung des Farbstofflasers

Unabhängig voneinander entdecken der deutsche Physiker Fritz Peter Schäfer und der Amerikaner Peter Sorokin im Sommer 1966 dank eines Zufalls während eines Versuches den Lasertyp des Farbstofflasers. Die Versuchsanordnung sah vor, das Laserlicht eines typischen Rubinlasers auf eine mit einem fluoreszierenden Farbstoff gefüllte Glasküvette zu leiten. Bereits die Reflexion der Grenzfläche zwischen Glas und Luft reichte aus, um einen „Lasereffekt“ zu erzeugen.

Diese Entdeckung ermöglicht somit erstmals den Bau durchstimmbarer Laser, die bestimmte Wellenlängen entlang des Spektrums des Fluoreszenzfarbstoffs frei wählen können. Anwendungsgebiete dieser Lasertechnik sind die Spektroskopie sowie die Entwicklung von Piko- und Femtosekundenlaser.

1972 Optische Datenspeicherung

Im Zuge der wachsenden Computerindustrie werden in den 1970er Jahren erstmals Geräte basierend auf Lasertechnologien im Massenmarkt platziert. Die optische Datenspeicherung bei CDs und CD-ROMs ist bis heute ein weitverbreitetes Einsatzgebiet und wird seit Einführung dieser Technik mithilfe von Halbleiterlasern realisiert.

1980er  Fortschritte der Halbleitertechnologie

Mit der Entwicklung besonders effektiver und langlebiger Halbleiter-Laserdioden eröffnen sich in den 1980er Jahren weitere wichtige Einsatzbereiche des Lasers. Zwei besondere Anwendungsgebiete sind seitdem beispielsweise CD/DVD-Laufwerke sowie Datennetze auf der Basis von Glasfaserverbindungen. Dank der Glasfaserübertragung, gekoppelt mit modulierbaren Lichtquellen in Form von Laserdioden, entwickelt sich in den 80er Jahren ein mit der Photonik ein völlig neuartiger Technologiezweig. Seither forschen verschiedene Einrichtungen Techniken der Datenübertragung mithilfe paralleler Übertragungsmechanismen von Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen. Eine der wohl wichtigsten Errungenschaften dieses Forschungsgebietes scheint ohne Zweifel unser heutiges Internet.  

1990er Laser als Querschnittstechnologie

Seit den 1990er Jahren zählt die Lasertechnik endgültig zu den wichtigsten Querschnittstechnologien und ist damit Garant für eine Vielzahl von Innovationen und Produktivitätssteigerungen in den verschiedensten Branchen und Anwendungsgebieten in der Alltagswelt, Wirtschaft und Forschung.

1998 Nanolaser

Betrachtet man aktuelle technologische Fortschritte, so wird in der Forschung eine Tendenz zu möglichst kompakten Entwicklungen ersichtlich. Mit der Konstruktion erster Nanolaser werden 1998 erstmals Laserdioden produziert, die größentechnisch kleiner als die durch sie erzeugen Wellenlängen sind. Dank ihres minimalen Platzverbrauchs ermöglichen derartige Lichtquellen den Bau passgenauer Komponenten für die optische Signalübertragung, Datenverarbeitung und Medizintechnik.   

2010 Die laserinduzierte Kernfusion

Im Jahr 2010 beschießen US-Forscher des Lawrence Livermore National Laboratory mit 192 Hochleistungslasern eine gefrorene Wasserstoff-Kugel von der Größe eines Stecknadelkopfes und erhitzen dieses auf ca. 3 Millionen Grad Celsius, mit dem Ziel eine laserinduzierte Kernfusion zu erzeugen. Für derartige Vorgänge sind jedoch höhere Temperaturen notwendig. 

Laser im 21. Jahrhundert

Ohne Zweifel ist die Lasertechnologie in unserer heutigen Zeit von großer Bedeutung. Beispielsweise wären wichtige Einsatzgebiete wie die wissenschaftliche und technische Messung, Informationstechnologie, Kommunikationstechnologie, Materialbearbeitung, Medizin, Wissenschaft, Unterhaltungselektronik und Industrie ohne derartige Lasertechnik in unserem heutigen Ausmaß schlichtweg nicht möglich. Weltweit werden noch heute weltweit zweistellige Milliardenbeträge jährlich in verschiedenste Lasergeräte und entsprechende integrierte Systeme investiert und weisen stets überdurchschnitte hohe Zuwachsraten vor.

Dank mittlerweile extrem kurzer Laserimpulse im femto-, atto- Sekundenbereich und Energieleistungen im Peta-Bereich sind auch heute noch Wissenschaftler beschäftigt, mithilfe des Lasers Vermutungen von bisher ungeklärten naturwissenschaftlichen Prozessen zu analysieren. 

Somit kann ebenfalls in der Zukunft mit innovativen und bahnbrechenden Entwicklungen in sämtlichen Einsatzgebieten der Lasertechnologie gerechnet werden.

 

Vorsilbe

Symbol

Zehnerpotenz

Exa

E

10^18

Peta

P

10^15

Tera

T

10^12 (Billion)

Giga

G

10^9 (Milliarde)

Mega

M

10^6 (Million)

kilo

k

10^3 (Tausend)

milli

m

10^-3 (Tausendstel)

mirco

µ

10^-16 (Millionstel)

nano

n

10^-9 (Milliardstel)

pico

p

10^-12 (Billionstel)

femto

f

10^-15

atto

a

10^-18