MIT DREI LASER-GEBURTSSTUNDE DES LASERS - Mai 1960: SPECTARIS
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16. Mai 1960:
GEBURTSSTUNDE
DES LASERS
16. Mai 2020:
-
INTERNATIONALER P R E SS E
TAG DES LICHTS S E RV I C E
THEMEN
R E I L A S E R-
MIT D
B E N S W ELTEN
LE
ALLTAG VERKEHR MEDIZIN
1
WIR FEIERN INHALT
60 JAHRE LASER!
Der Blick aufs Smartphone, Autos ohne Fahrer, neue Hüften aus dem LEBENSWELTEN
3-D-Drucker: All dies ist nur möglich dank einer bahnbrechenden Erfindung,
die vor 60 Jahren das Licht der Welt erblickte – der Laser! Seitdem beflügelt So sähe ein Tag ohne Laser aus
der Laser die Fantasie ganzer Generationen von Unternehmern, Wissen- Wie sieht ein Tag ohne Lasertechnologie aus und
wo ist sie überall im Alltag zu finden? 4
schaftlern und kreativen Köpfen. Mit dem vorliegenden Presse-Themenser-
vice wollen wir den runden Geburtstag des Lasers feiern und zeigen, welche Der Laser bringt den Verkehr zum fließen
Bedeutung laserbasierte Technologien haben. Wir sind uns sicher: Der Laser Unverzichtbar auf den Straßen: der Laser 6
wird auch in Zukunft spektakuläre Innovationen hervorbringen!
Wie der Laser die Gesundheit verbessert
Im Mittelpunkt dieses Heftes stehen die Lebenswelten Alltag, Verkehr und Gesundheit. Sie verdeut- Medizintechnik bedeutet schon lange Lasertechnik 8
lichen, welche teils versteckte Rolle der Laser wie selbstverständlich in unserem Leben heute spielt.
Realitätsnah zeigen unsere Grafiken, wo Lasertechnologien zuverlässig ihren Dienst verrichten und
dadurch unser Leben verbessern. Gerne können Sie sich für den bevorstehenden Internationalen Tag
des Lichts am 16. Mai 2020 aus diesem Presse-Themenservice bedienen.
Nach dem Internationalen Jahr des Lichtes 2015 hat die UNESCO den 16. Mai zum Internationalen Tag
des Lichts erklärt, der 2018 erstmalig stattfand. Dieser besondere Tag dient dazu, ein breites Publi-
kum auf die Bedeutung von Licht- und Lasertechnologien aufmerksam zu machen. PRESSETEXTE
Ein kurzer Blick in die Geschichte darf bei solch einem Jubiläum nicht fehlen: Am 16. Mai 1960 wurde Geschichte des Lasers
zum ersten Mal ein Laser erfolgreich eingesetzt. Der Erfinder: Theodore H. Maiman aus den USA. Am Von der Erfindung zum omipräsenten Alleskönner 10
7. Juli 1960 trat er damit an die Weltöffentlichkeit. Darüber hinaus wirft dieser Presse-Themenservice
Welche Lasertypen gibt es?
ein Licht auf die unterschiedlichen Lasertypen und zeigt, woran aktuell geforscht wird. Sicher ver- Laser ist nicht gleich Laser. Lernen Sie die ver-
steckt sich darin auch der ein oder andere Anknüpfungspunkt zu den Lebenswelten und Themen Ihres schiedensten Bauarten kennen 12
Mediums.
Wo wird der Laser heute eingesetzt?
Unter diesem Link können sie alle digitalisierten Inhalte dieser Broschüre samt Quellenangaben Lasertechnologie verbessert unser aller Leben 14
herunterladen.
Laserforschung heute
Die Technologie von morgen – heute erforscht 16
Es grüßt Sie herzlichst
Weltweiter Umsatz Laser
Zahlen, Daten, Fakten und Infografiken 18
Internetseite
Jörg Mayer,
SPECTARIS-Geschäftsführer laser-im-leben.de 20
Literatur und Impressum 22
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60 Jahre Laser: 60 Jahre Laser:
SO SÄHE EIN TAG OHNE LASER AUS LASER STECKT IN MEHR ALS MAN DENKT
Ein Tag ohne Laser würde unseren Alltag auf den Kopf stellen. Entdecken Sie, in welchen gängigen Alltags- Viele Menschen wissen gar nicht, dass Sie jeden Tag Produkte nutzen, die es ohne Lasertechnologie so nicht geben würde.
gegenständen die Lasertechnologie jetzt fehlen würde. Folgende Zusammenstellung zeigt, welche wichtigen Produkte auf Lasertechnologie angewiesen sind.
08:00 Uhr 18:00 Uhr
Auf dem Weg zur Arbeit kann richtig Gas gegeben werden. Nach der Arbeit steht erst einmal der Besuch bei der Groß- Ohne Lichtfaser-Übertragung von Daten
Denn eine genaue Lasergeschwindigkeitsmessung spielt mutter auf dem Plan. Ohne Lasertechnik kann ihr grauer Star würde die Spracherkennung von Alexa Mittels Laserchirugie können
der Polizei heute nicht in die Karten. Bleibt nur die Frage, leider nicht angemessen behandelt werden. Gut, dass der nicht funktionieren, da die Datenübertra- Augen präzise und sicher operiert
ob es das Auto überhaupt noch auf Hochtouren bringt, Enkel seine Großmutter unterhält und unterstützt. gung zu viel Energie kosten würde. werden.
denn auch die Automobilindustrie müsste heute ohne das
Laserschweißen, -bohren und -beschriften auskommen.
08:30 Uhr 20:00 Uhr Die Lasertechnik wird benötigt, um Wegen fehlender Lasertechnologie wäre
Die Arbeit als Sachbearbeiter beginnt. Um die Kunden- Endlich Feierabend und den Fernseher anschalten. Auf dem CDs herzustellen. Durch ihre hohe die Fertigung moderner und super-
daten bearbeiten zu können, ist der Weg ins Archiv un- alten Röhrenfernseher sieht alles etwas unscharf aus und Schreibdichte lassen sich viel mehr flacher Flat-Screen-Monitore nicht
abdingbar. Oft hat man Pech und die Daten des Kunden die Senderauswahl ist auch nicht berauschend. Da das heute Inhalte auf kleinerem Raum speichern möglich.
hat bereits ein anderer Kollege mitgenommen. Ein übliche Nebenbei-mit-dem-Smartphone-Gespiele ohne Laser als auf Platten oder Kassetten.
computergestützes Ablagesytem, das mit lasergefertigten entfällt, kann man sich zumindest komplett auf die Tüte Chips
Prozessoren sowie Mikrochips funktioniert und auf das konzentrieren.
alle in Echtzeit zugreifen könnten, wäre viel effizienter
und zeitsparender.
Ohne Lasertechnologien könnten die
Platinen sowie Displays moderner
13:00 Uhr Smartphones nicht genau genug gefer-
In der Mittagspause mal schnell zur Post und dann noch ein- tigt werden und das Surfen im Internet
kaufen? Das wird zeitlich eher schwierig. Schließlich müssen wäre viel langsamer.
sowohl die endloslangen Nummern der Postpakete als auch
die Produktnummern von Milch, Fertiglasagne und Weichspü-
ler mühsam per Hand eingegeben werden.
Mehr Details gefällig? Unter www.laser-im-leben.de finden Sie
spannendes Hintergrundwissen und insgesamt drei Laser-Lebenswelten.
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Mehr Details gefällig? Unter www.laser-im-leben.de finden Sie
spannendes Hintergrundwissen und insgesamt drei Laser-Lebenswelten.
60 JAHRE LASER:
DER LASER BRINGT
DEN VERKEHR ZUM FLIEßEN
Viele Menschen wissen gar nicht, dass sie jeden Tag viel effek-
tiver und sicherer mobil sind, weil im gesamten Straßenver-
kehr die Lasertechnik zum Einsatz kommt. Entdecken Sie jetzt,
wo der heimliche Star des Straßenverkehrs überall sein Licht
im Spiel hat.
Laser-Blitzersäule
Sie erfasst die Geschwindigkeiten aller Fahr-
zeuge, ohne dass dafür Einbauten in den
Fahrbahnbelag wie Induktionsschleifen oder
Piezosensoren nötig sind. Das spart teure Erd-
arbeiten und Fahrbahnsperrungen.
Autonomes Fahren Satellit-Laser-Kommunikation Unfallrekonstruktion Laser-Entfernungsmesser
Das autonome oder auch automatisierte Fahren wird Realität. Bereits Heute kennen wir die Position von Satelliten dank Lasertechnik zenti- Nach einem Unfall muss eine Rekonstruktion so schnell wie möglich Der Laser-Entfernungsmesser, der auch im Straßenbau eingesetzt
jetzt gibt es selbstfahrende Autos und Busse. Grund dafür sind zusam- metergenau. Und auch die Kommunikation zwischen Satelliten erfolgt stattfinden. Durch 3-D-Laserscanner entsteht die Möglichkeit, schnell wird, ist ein hochpräzises Gerät zur Bestimmung von Abständen. Mit
menwirkende Mikroprozessorsysteme, Sensoren und Aktoren. Durch immer häufiger mittels Laser. Dies ermöglicht uns sowohl eine sehr ge- große Datenmengen aufzuzeichnen und den Ort des Geschehens vir- seiner Hilfe wird weder Zollstock noch Maßband benötigt. Zum Messen
das autonome Fahren wird der Verkehrsfluss optimiert und der CO2- naue Navigation als auch den schnellen Abruf von Daten aus aller Welt. tuell mit auf die Polizeiwache zu nehmen, um ihn dort ausführlich zu legt man das Gerät einfach kurz an und erhält innerhalb eines Sekun-
Ausstoß kann verringert werden. rekonstruieren. denbruchteils das Ergebnis. Dank der modernen Technik können Mes-
sungen schneller und genauer erfolgen.
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60 Jahre Laser:
WIE DER LASER
DIE GESUNDHEIT VERBESSERT!
Viele Menschen wissen gar nicht, dass die Lasertechnik einen entscheidenden Beitrag zu ihrer Gesundheit
leistet. Entdecken Sie jetzt, wo Laser in der Medizin nicht mehr wegzudenken sind.
1 4 7 Patientenpositionierung mit Laser,
z. B. bei der Magnetresonanztomografie
Laser und Medizin: Ein Bund fürs Leben
Ohne die Lasertechnologie in der Medizin müssten wir auf viele wirkungsvolle Anwendungen und Behandlungsme-
Zahnprothesen aus dem thoden verzichten. In der modernen Medizintechnik kommen viele Produkte zum Einsatz, die mit Lasertechnologie
Sehstärkenkorrekturen
und Behandlungen von 3-D-Drucker gefertigt werden. Aber auch der direkte Griff zum Laser findet bei medizinischen Eingriffen immer mehr Anwendung.
Augenerkrankungen
1 Sehstärkenkorrekturen und Behandlungen von Au-
generkrankungen 5 Laserendoskopie
Die Laserendoskopie kommt hauptsächlich bei der
Bereits gang und gäbe ist das Augenlasern zur Sehstärken- Tumorentfernung zum Einsatz. Eingesetzt wird die La-
2 5 korrektur bei Fehlsichtigkeiten wie Weit- oder Kurzsichtig- serendoskopie auch zur Beseitigung von Eierstockzysten
keit. Aber auch bei schweren Augenerkrankungen wie dem und -Myomen, außerdem zur Behandlung von Endometrio-
grauen Star schafft der Laser Abhilfe. sen, gutartigen Gebärmutterschleimhautwucherungen in der
Bauchhöhle, die oft der Grund für ungewollte Kinderlosigkeit
sind.
2 Dermatologische Anwendungen
Mit dem Laser gelingt es, auffällige Hautveränderun-
Dermatologische
Anwendungen
Laserendoskopie gen wie Pigmentflecken, Tätowierungen, sichtbare Blutge-
fäße, Narben oder Warzen einfach zu entfernen. Auch eine
kosmetische Haarentfernung ist möglich.
6 QR-Codes, z. B. zur Patientenzuordnung
Für die sichere sowie erfolgreiche Behandlung von Pa-
tienten im Gesundheitswesen ist eine richtige Zuordnung von
Patientenakte und Patient unabdingbar. Hier helfen elektro-
nische Patientenakten und die dazugehörigen Identifikations-
armbänder für die Patienten. Auch, ob der Patient die richti-
3 Implantate aus dem 3-D-Drucker
Mit lasergestützten 3-D-Druckern ist eine Vielzahl
an Implantaten machbar, z. B. Brustbein-, Schlüsselbein-,
gen Medikamente bekommt, kann mit einem Scan überprüft
werden.
Unterkieferimplantate, aber auch eine neue Hüfte erhalten
3 6 Patienten aus dem 3-D-Drucker.
7 Patientenpositionierung mit Laser, z. B. bei der Mag-
netresonanztomografie
Durch die Positionierung des Patienten mit Lasersystemen
4 Zahnprothesen aus dem 3-D-Drucker
Schnellen und kostengünstigen Zahnersatz erhält der
Patient ebenfalls aus dem 3-D-Drucker. Auch bei der Karies-
gelingt die exakte Fusion von CT- sowie MRT-Bildern schnel-
ler und einfacher als ohne.
entfernung kommt der Laser zum Einsatz.
Implantate aus dem QR-Codes, z. B. zur
3-D-Drucker Patientenzuordnung
Mehr Details gefällig? Unter www.laser-im-leben.de finden Sie
spannendes Hintergrundwissen und insgesamt drei Laser-Lebenswelten.
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GESCHICHTE DES LASERS
AUS DEM LABOR IN DIE WELT: EINE KLEINE GESCHICHTE DES LASERS
keine Lichtschwerter, sondern zum schlagen, jedenfalls nicht. Dafür
Beispiel die Erfassung von biometri- einen festen Platz in den Geschichts-
schen Daten oder blaue Laserdioden büchern als Erfinder des Lasers.
in der Messtechnik.
Lasergestützte Technologien sind
auch aus dem Alltag nicht mehr
wegzudenken. Mit dem Smartphone
einen Videoanruf ins Ausland täti-
gen? Ohne Lasertechnik könnten
weder Smartphones gefertigt werden
noch Glasfaserkabel oder Satelli-
ten ihre Signale übertragen. Auf die
Schnelle ein paar Einkäufe im Super-
markt erledigen? Ohne Laser unvor-
stellbar, denn moderne Kassensyste-
me scannen Barcodes via Laser.
Ob Maiman vor 60 Jahren gespürt
hat, welche Früchte seine Erfindung
tragen wird? Ob er ahnte, dass bis
heute (Nobel-)Preise für laserbasier-
te Innovationen verliehen werden?
Die Antworten darauf sind nicht
überliefert. Einen Nobelpreis bekam
er, obwohl zwei Mal dafür vorge-
Bei der Erforschung eines quantenoptischen Bildgebungssystems werden mit dem Laser verschränkte Photonenpaare erzeugt. (Copyright: Fraunhofer IOF)
Am 7. Juli 1960 verkündete ein als Amplification by Stimulated Emission als Rubinlaser bezeichnet. Der nöti-
Außenseiter geltender Wissenschaft- of Radiation und ist ein Mikrowellen- ge Energiezufluss für den Rubinstab
ler eine Erfindung mit dem Namen verstärker, der Mikrowellen zu feinen erfolgte über eine helle Blitzlicht-
Light Amplification by Stimulated Strahlen formt. Maiman war davon lampe. An beiden Enden des Stabes
Emission of Radiation – den Laser. überzeugt, dass man auch Licht zu sind Spiegel befestigt, die das er-
Theodore H. Maiman, angestellter Strahlen formen kann, so wie Ein- zeugte Licht im Inneren bündeln und
Forscher beim Flugzeugpionier Ho- stein es schon Anfang des 20. Jahr- schließlich zum Laserstrahl formen.
ward Hughes, offenbarte an diesem hunderts postuliert hatte. Maimans Apparatur inspirierte wei-
Tag auf der Pressekonferenz in New Im Jahr 1960, neun Jahre nach der tere Wissenschaftler, sodass sich in
York mit dem Laser eine Innovation, Erfindung des Masers, entwickelte den folgenden Jahren auch Gas- und
die bis heute wie kaum eine andere Maiman den Laser, der innerhalb Halbleiterlaser etablierten.
zahlreiche Lebenswelten revolutio- weniger Jahre zum festen Bestand- Mit den verschiedenen Arten von
nierte. teil im Bereich der Telekommunika- Lasern kamen weitere Innovationen:
Wie so häufig in der Wissenschaft tion, Medizin und der industriellen Lasertechnologien werden heutzu-
bauen auch hier die Erkenntnisse Fertigungsweisen avancierte. Die tage selbstverständlich zum Schwei-
aufeinander auf. Vorarbeiten für physikalische Grundlage des Lasers ßen sowie Schneiden unterschied-
Maimans Innovation leisteten etwa beruht auf der Wechselwirkung zwi- lichster Materialien eingesetzt, in
berühmte Physiker wie Niels Bohr schen Licht und Materie, an deren der Medizin kommen lasergestützte
und Albert Einstein. Maßgeblich für Ende eine sogenannte kohärente Diagnoseverfahren zum Einsatz und
den Laser ist auch die Erfindung monochromatische Strahlung, das nicht zuletzt beflügelte das gebün-
des Masers vom amerikanischen Laserlicht, steht. Kern von Maimans delte Licht die Fantasie von Science-
Physiker Charles H. Townes im Jahr Laserapparatur war ein Rubinstab, Fiction-Autoren. Jüngere Errungen-
1951. Maser steht für Microwave deswegen wird diese Art des Lasers schaften der Forschung sind indes
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WELCHE LASERTYPEN GIBT ES?
Vor 60 Jahren, am 16. Mai 1960 konnte Theodore H. Maiman in einem Rubinkristall
erstmals einen ganz besonderen Lichtstrahl erzeugen. Der Laser, englisch für Light
Amplification by Stimulated Emission of Radiation, ist ein Lichtstrahl, der bei guter
Fokussierung über lange Strecken parallel und intensiv sein kann.
Der Laser – Eine Lösung für viele schiedenen Anwendungen zu finden Da man diese Emitter so gut neben-
Probleme sind. einander und übereinander stapeln
Die besondere Qualität des Laser- Der Halbleiterlaser – das Arbeits- kann, lassen sich Halbleiterlaser
lichts lässt sich vielleicht am bes- pferd unter den Lasern auch bis zu sehr hohen Leistungen
ten verstehen, wenn man zum Mond Der unauffälligste und doch häufigste skalieren. Während ein Laserpointer
schaut. Dort haben Astronauten zwi- ist sicher der Halbleiter- oder auch am Ende weniger als ein Milliwatt ab-
schen 1969 und 1971 Spiegel aufge- Diodenlaser. Er nutzt die elektrische gibt, können Hochleistungsdiodenla-
stellt. Die Qualität heutiger Laser ist Anregung in einem Halbleitermate- ser mit vielen Tausend Emittern auch
so gut, dass man diese Spiegel anvi- rial wie es auch zur Chipherstellung zehn Kilowatt oder mehr abgeben,
sieren und mithilfe des reflektierten benutzt wird. Diodenlaser senden also zehn Millionen mal so viel. Da-
Lichts den Abstand zum Mond auf ihr Licht aus einem kleinen Punkt mit lassen sich fingerdicke Stahlble- Grüne Festkörper-Laser sind hervorragend geeignet, um Kupfermaterialien für die Elektromobilität zu bearbeiten. (Quelle: TRUMPF Gruppe)
wenige Zentimeter genau messen heraus, dem Emitter („Strahler“). che problemlos schneiden. Gleichzei-
kann. Solche Emitter können nebeneinan- tig sind Halbleiterlaser sehr effizient: Die Effizienz der Halbleiterlaser Licht von vielen Tausend Laserdioden dem Faserlaser dominierten starke
Vor 60 Jahren war die Lasertech- der angeordnet werden, Fachleute Bis zu 65 % der elektrischen Leistung macht sie auch zu den Traumpart- seitlich einleiten und damit die La- CO2-Laser die Lasermaterialbearbei-
nern anderer Festkörperlaser. Das serstrahlung in der Faser immer wei- tung. Inzwischen sind fast alle CO2-
ist ein allgemeiner Begriff für Laser, ter verstärken. So lässt sich ein sehr Laser von den effizienteren Faser-
bei dem die Strahlung in festen Kör- starkes und sehr gleichmäßiges La- und Halbleiterlasern ersetzt worden.
pern wie Kristallen oder Halbleitern serlicht erzeugen. In den letzten zehn Eine Renaissance haben die CO2-La-
erzeugt wird. So hat Theodore Mai- Jahren haben Faserlaser mit einigen ser allerdings in den letzten Jahren
man 1960 das erste Laserlicht mit Kilowatt Leistung ihren Siegeszug in bei der Herstellung von Computer-
einem Rubinkristall erzeugt. Damals der Automobilherstellung angetre- chips erfahren. Die neueste Genera-
hat man solche Kristalle mit starken ten: Sie schneiden und schweißen die tion solcher gigantischen Maschinen
Blitzlampen angeregt, inzwischen Bleche für fast jedes Auto. nutzt CO2-Laser, um die extrem ultra-
sind Halbleiterlaser dafür der Stan- Gaslaser violette Strahlung zu erzeugen, mit
dard. Sie sind nicht nur viel effizien- Man kann auch in Gasen Laserstrah- der letztlich die winzigen Strukturen
ter, sondern auch kleiner und deutlich lung anregen. Es sind vor allem die auf dem Halbleitermaterial herge-
haltbarer. Das sieht man gut am Bei- Edelgase, die sich dafür eignen. Einer stellt werden.
spiel Laserpointer: Im roten Laser- der ersten Gaslaser, in dem Ionen Die Zukunft:
pointer steckt nur eine rote Laserdi- des Edelgases Argon das aktive La- ultrakurz gepulste Laser
ode. Im grünen Laserpointer wird ein sermedium stellen, wird noch heute Wichtig sind heute auch Lasersyste-
Laserkristall von einer Laserdiode gern von Augenärzten für Netzhaut- me, die besonders kurze Laserpulse
angeregt. Dessen infrarote Strahlung operationen genutzt. erzeugen. Wenn man die Strahlen
wird in einem zweiten Kristall in grü- Ein anderer Gaslaser, der Excimer- solcher Ultrakurzpulslaser auf einen
nes Licht umgewandelt. Sowohl rote laser, nutzt angeregte Mischungen kleinen Fleck fokussiert, kann man
als auch grüne Laserpointer lassen aus zwei Gasen für die Erzeugung der fast jedes Material verdampfen. Da
Fasergekoppelte Laserdiodenmodule werden in vielen Branchen eingesetzt: von der Biomedizintechnik über die Produktionsautomatisierung bis hin
sich mit kleinen Batterien betreiben Laserstrahlung. Große Excimerlaser sich der Prozess sehr präzise steu-
zur Telekommunikation. (Copyright: FBH/schurian.com) und halten praktisch ewig. mit ultraviolettem Laserlicht werden ern lässt, werden diese Laser zuneh-
Kann Stahl schneiden: zum Beispiel in der Herstellung von mend für das beliebte „Augenlasern“
nik ein Feld der reinen Grundlagen- sprechen von Barren. Schichtet man werden in Laserlicht umgewandelt. der Faserlaser Displays für Smartphones genutzt, eingesetzt. Dabei wollen die Laser-
forschung. Oder wie Maiman sagte: Barren übereinander, erhält man Deshalb sind sie in der Telekommu- Ein ganz besonderer Festkörperla- wo sie das Material für die LEDs oder chirurgen mikrometergenau Gewebe
„Eine Lösung auf der Suche nach leistungsstarke Stapel dieser Laser. nikation sehr beliebt: Die Signale in ser ist der Faserlaser. Hier kann man OLEDs kurz erhitzen, ohne das Glas vom Auge abtragen, damit die Seh-
einem Problem.“ In den 60 Jahren da- Ein einzelner Emitter, auf Deutsch unseren Glasfaser-Internetverbin- sich den Kristall sehr dünn und sehr dahinter in Mitleidenschaft zu ziehen. stärke des Patienten exakt korrigiert
nach wurden viele Arten von Lasern „Strahler“, ist dabei nur zehn bis 150 dungen werden alle mit hochinte- lang denken. In so eine kilometer- Lange Zeit war Kohlendioxid das wird.
entwickelt, die heute in ganz ver- Mikrometer groß. grierten Diodenlasern erzeugt. lange Spezialglasfaser kann man das wichtigste Material für Gaslaser. Vor
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WO WIRD DER ihrer Form und Fluoreszenz können
sie schnell klassifiziert werden.
Besonders zukunftsträchtig sind die
Verfahren beim laserbasierten 3-D-
ra aufgenommen und in ein 3-D-Bild
umgerechnet.
LASER HEUTE EINGESETZT? Digitalisierung
Elektronik bestimmt unseren Alltag,
kaum einer geht ohne sein Smart-
Druck. Dabei wird mit dem Laser
ein Metallpulver geschmolzen, aus
dem einzelne Schichten oder ganze
Eine ähnliche Technik haben vorher
schon Spielkonsolen verwendet. In
Zukunft wird uns dieses Verfahren
phone aus dem Haus und viele Men- Bauteile aufgebaut werden können. als LIDAR (light detection and ran-
60 Jahre nach seiner Erfindung ist der Laser in unserem Alltag angekommen. Das schen arbeiten an einem Computer. Selbst für riesige Bauteile, wie eine ging) beim autonomen Fahren oder
merkt man nicht nur daran, dass ein Laserpointer schon für Schulkinder erschwing- Das Herz all dieser Geräte ist ein Mi- 500 Tonnen schwere Gasturbine von Fliegen wieder begegnen.
lich ist, sondern vor allem daran, wie der Laser die Alltagssprache erobert hat. Das kroprozessor, der mithilfe von Laser- Siemens mit extremen Anforderun- Umweltschutz
technologie hergestellt wird. Bislang gen an die Werkstoffe im Innern, wird Selbst im Umweltschutz spielen La-
Akronym LASER für Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ist vom
ist es die ultraviolette Strahlung von dieses Verfahren genutzt, weil es ser heute eine entscheidende Rolle:
Duden zu einem normalen Substantiv gekürt worden und sogar als Verb „lasern“ ge- Excimerlasern, mit der die winzigen schneller und billiger ist als konven- So soll in diesem Jahr der deutsch-
bräuchlich. Der Grund für diese Popularität ist einfach: Der Laser mit seinem ganz be- Leiterbahnen Schicht für Schicht auf tionelle Methoden. französische Satellit MERLIN erst-
sonderen Licht ist inzwischen in fast allen Bereichen des modernen Lebens präsent. den Chip gebannt werden. Für die
nächste Chip-Generation wird Extre-
mes Ultraviolett-Licht (EUV) genutzt.
Nur mit dessen Wellenlänge von 13,5
Gesundheit sind durch den Laser einfacher, si- leuchten und bestimmte Zellen oder Nanometer lassen sich Strukturen
Lasern ist das Stichwort für einen cherer und sehr viel präziser gewor- Farbstoffe zum Leuchten bringen, die herstellen, die an die Breite weniger
medizinischen Durchbruch, den erst den. sich zum Beispiel in Krebsgewebe Atome heranreichen. Die Maschi-
der Laser ermöglicht hat: In der Neben der medizinischen Behand- sammeln. nen dafür sind extrem komplex und
modernen Augenchirurgie kann mit lung ist der Laser auch in der mo- Auch in der Analyse einzelner Zel- werden bislang nur von der nieder-
dem Laser Fehlsichtigkeit operativ dernen Labortechnik unverzichtbar len bei Blut-, Antikörper- oder Gen- ländischen Firma ASML gebaut. Sie
korrigiert werden. Wir können dafür geworden. Dabei wird ausgenutzt, untersuchungen hat die Lasertechnik nutzen den mit 30 Kilowatt Durch-
auf verschiedene Verfahren bei einer dass bestimmte Zellbestandteile große Fortschritte bewirkt. Heute schnittsleistung größten in Serie her-
Vielzahl von Ärzten und Kliniken zu- nach Bestrahlung mit ultraviolettem werden in einem sogenannten Durch- gestellten Laser der Welt.
rückgreifen. Aber auch die Diagnostik Licht auf eine charakteristische Wei- flusszytometer lebende Zellen sehr Was aber, wenn selbst die neueste
sowie Behandlung von klassischen se leuchten (Fluoreszenz). So kann schnell sortiert und analysiert. Die Elektronik zu langsam ist? Das sehen
Augenerkrankungen wie dem grünen man in modernen Mikroskopen bio- Zellen werden dabei mit Laserstrah- wir schon heute in der Datenübertra-
Star oder der Makuladegeneration logische Proben mit Laserlicht be- lung beleuchtet und abhängig von gung, wo Glasfasern die alten Kup-
ferkabel ablösen. Noch wichtiger ist
das allerdings in Serverfarmen und
großen Datenverarbeitungsknoten. Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftrag- Bei der MERLIN-Mission wird ein Satellit die
schweißen (EHLA): Der Laser kann flexibel beschich- Methankonzentration in der Erdatmosphäre mit
Dort geht es heute darum, die Tech- ten, reparieren oder additiv fertigen. (Copyright: dem LIDAR-Strahl messen. ( CNES/illustration
nik durchgängig vom Chip über die Fraunhofer ILT, Aachen/Volker Lannert) David DUCROS)
Leiterplatte bis zum Glasfasernetz
auf Licht aus winzigen Halbleiterla- Objekterfassung mals mit einem LIDAR-System zeit-
sern umzustellen. Das wird nicht nur Im April 2019 ist in Paris die berühm- und ortsaufgelöst messen, wo auf der
Platz, sondern auch erheblich Ener- te Kirche Notre Dame abgebrannt. Erde Methan entsteht. Da Methan als
gie sparen. Das war tragisch, aber glücklicher- Klimagas 25-mal stärker wirkt als
Produktion weise war sie schon 2010 mit einem CO2, wird das wichtige Hinweise für
Wenn heute von Industrie 4.0 die Rede Laserscanner genau erfasst worden. den Klimaschutz liefern.
ist, dann geht es meist um eine stär- So existiert wenigstens ein exaktes Sogar die Landwirtschaft nutzt heute
kere Automatisierung und Flexibili- digitales Abbild, das den Wiederauf- Lasertechnik. Unter dem Stichwort
sierung von Produktionsprozessen. bau enorm erleichtert. Die Idee, 3-D- „Precision Farming“ soll dort mithil-
Der Laser als kontaktfreies Werk- Daten mit dem Laser zu erzeugen, fe von moderner Satellitennavigation
zeug ist dafür wie geschaffen. Er lässt hat aber noch viele weitere Anwen- und hochentwickelter Bildverarbei-
sich hervorragend digital steuern und dungen gefunden. tung der Chemieeinsatz minimiert
kontrollieren. Dementsprechend hat Inzwischen gibt es einen winzigen La- werden. Am Laserzentrum Hannover
er sich zum Beispiel zum Schwei- serscanner in fast jedem Smartphone wird sogar ein Laser zur Unkrautbe-
ßen und Schneiden von Blechen in zur Gesichtserkennung. Dabei proji- kämpfung entwickelt.
der Automobilindustrie durchgesetzt. ziert ein spezieller Halbleiterlaser ein vv
Aber auch die Markierung der Teile infrarotes (also unsichtbares) Muster
ist ohne Lasermarkierer kaum noch auf das Gesicht des Nutzers. Dieses
Bei der optischen Kohärenztomografie vermisst ein schwacher Laserstrahl in Sekundenbruchteilen den Augenhintergrund. Damit wurde ein neuer Goldstandard für die
Augenheilkunde entwickelt. (Copyright: Carl Zeiss Meditec AG) vorstellbar. Muster wird von einer Infrarotkame-
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LASERFORSCHUNG HEUTE
In den ersten fünf Jahrzehnten wurden viele neue Laserkristalle und Lasertypen ent-
wickelt. Seit der Jahrtausendwende konzentriert sich die Forschung jedoch mehr
darauf, die Parameter vorhandener Lasertypen weiterzuentwickeln. Die Zielrichtun-
gen gehen dabei von ultraintensiven Pulsen für die Grundlagenforschung bis zu noch
stärker integrierten Lasern für die Datenverarbeitung.
Der stärkste Laser steht in Europa braucht ein Beschleuniger für Pro- spiel werden in der Fraunhofer-Ge-
Wer sich heute die modernste Laser- tonen oder Ionen ein Gebäude. La- sellschaft ultrakurzgepulste Laser
forschungsanlage der Welt ansehen serbasierte Beschleuniger sollen in für die industrielle Anwendung er-
möchte, der fährt nicht nach China einen Raum passen. Krebsforscher forscht. Im „Cluster of Excellence
oder Amerika, sondern in das kleine sehen schon heute, dass Protonen- Advanced Photon Sources“ (CAPS)
ˇ
Dorf Dolní Brežany bei Prag. Dort ist und Ionenstrahlen effektiver als Pho- haben sich 13 Fraunhofer-Institute
in den letzten Jahren das erste In- tonen sind. Damit könnten Heilungs- zusammengeschlossen, um Laser-
stitut der europäischen Extreme chancen verbessert werden und auch quellen und Prozesstechnik für Leis-
Light Infrastruktur (ELI) entstanden. Tumore, die auf die herkömmliche tungen bis 20 Kilowatt zu entwickeln.
Nach dem Anspruch des Gründers Strahlentherapie nicht ansprechen, Das wäre etwa zehnmal stärker als
des ELI-Programms, Nobelpreis- effektiver behandelt werden. heutige Systeme. Mit solchen Lasern
träger Gérard Mourou, will man dort Lasertechnik für kann man unter anderem Millionen
„The worlds most intense Laser“ For- globale Nachhaltigkeit kleinster Löcher in Flugzeugflügel
schern aus Europa und der ganzen In der Studie „LICHT als Schlüssel einbringen, die dann helfen, Treib-
Welt zur Nutzung anbieten. zur globalen ökologischen Nachhal- stoff zu sparen. Bei der Erforschung eines quantenoptischen Bildgebungssystems werden mit dem Laser verschränkte Photonenpaare erzeugt. (Copyright: Fraunhofer IOF)
Noch ist es nicht soweit, aber seit der tigkeit“ wurde 2019 das ökologische Energie sparen ist auch ein entschei-
Eröffnung 2015 hat das ELI Beam- Potenzial photonischer Technologien dender Punkt bei der Entwicklung en zusammengesetzt haben, um das das Deutsche Zentrum für Luft- und bei der Verkündung des Rahmen-
lines Institut bei Prag massive Fort- analysiert. Danach lassen sich in künftiger Generationen der Informa- „Rahmenprogramm Quantentechno- Raumfahrt ein Pilotnetz zur Quan- programms der Bundesregierung.
schritte gemacht. Viele große Laser tionstechnik. Deshalb forschen vie- logien“ der Bundesregierung auf den tenkommunikation in Deutschland „Es gilt, die Chancen dieser neuen
laufen dort bereits. Ihre Parameter Hightech-Lösungen der PHOTONIK für den Schutz von Umwelt und Ressourcen
le Firmen und Forschungsinstitute Weg zu bringen. In diesem und einem aufbauen, das der abhör- und mani- Schlüsseltechnologien zu ergreifen,
werden kontinuierlich verbessert. Die derzeit an der Nutzung lichtbasierter nachfolgenden Programm stellt die pulationssicheren Datenübertragung um die internationale Wettbewerbs-
Laser bei ELI wurden gemeinsam mit Technologien für die Datenverarbei- Bundesregierung inzwischen fast dient. Das Projekt QuNET läuft dafür fähigkeit und damit Arbeitsplätze in
den besten Laserforschern der Welt, tung. eine Milliarde Euro an Fördergeldern seit Ende letzten Jahres. Deutschland zu sichern.“vv
LICHT
zum Beispiel in Kalifornien, aber Das beginnt bei den eigentlichen in der laufenden Legislaturperiode Die Quantensensorik wird als das
auch am DESY in Hamburg oder an Prozessoren, wo die Ideen der Sili- zur Verfügung. Feld gesehen, in dem am schnellsten
der Universität Jena entwickelt. Sie zium-Photonik derzeit als erfolgver- Praktisch alle Ansätze zur Quanten- Resultate in den Alltag einziehen wer-
produzieren vor allem ultrakurze und sprechend gesehen werden. Dabei technologie benötigen Laser zum den. Sie soll ermöglichen, verschie-
als Schlüssel zur
ultraintensive Laserpulse. globalen ökologischen geht es darum, die Verbindungen vom Erzeugen und Abfragen der Quan- dene physikalische Größen wie Zeit,
NACHHALTIGKEIT
Mit dieser Technologie sind viele völ- Prozessor über die Leiterplatten bis tenzustände. Insofern ist die La- Erdanziehungskraft oder Magnetfel-
lig neue Entwicklungen möglich. So zum nächsten Board von Kabeln zu sertechnologie ein entscheidender der wesentlich präziser zu messen.
arbeitet man gemeinsam mit den befreien und auf reine Lasertechnik Schlüssel für die Nutzung von Quan- Schon heute nutzen die GPS-Satelli-
Kollegen in Hamburg an einer laser- umzustellen. Am Ende muss auch die teneffekten in Wissenschaft und In- ten Atomuhren, die auf Quantentech-
basierten Beschleunigung von Elek- Übertragungstechnik in den Glasfa- dustrie. nologien beruhen. In Zukunft könnten
tronen. Diese neuen Systeme wären serkabeln weiter gesteigert werden. Die Bandbreite der Forschung ist da- Quantensensoren neue Einblicke in
Eine Studie von in Kooperation mit
wesentlich kleiner als existierende Die Nokia Bell Labs halten da gerade bei riesig: Für das Quantencomputing das lebende Gehirn eröffnen, ohne
Beschleuniger und würden sowohl in Anwendungsbeispiele | 1
den Rekord mit einer Rate von 1,52 werden beispielsweise IBM sowie die dass dafür ein Eingriff vorgenommen
der Grundlagenforschung als auch in Hier kann die Studie heruntegalden werden. Terabit pro Sekunde über 80 Kilome- Fraunhofer-Gesellschaft in Deutsch- werden muss.
der angewandten Forschung erhebli- ter einer normalen Faser. land ab April 2020 einen Zugang zu „Die Möglichkeiten dieser Techno-
che Fortschritte bewirken. den nächsten zehn Jahren fast drei Quantentechnologie Rechnern in den USA anbieten und logien sind so groß, dass sie erheb-
Laser für die Tumortherapie Milliarden Tonnen CO2 durch die ver- heute und morgen ab 2021 sogar ein eigenes System in liche Auswirkungen auf Wirtschaft
Erforscht werden auch Laser-Be- stärkte Nutzung dieser Technologien Der Bundesregierung sind die licht- Deutschland betreiben. und Gesellschaft haben können und
schleuniger, die Protonen- oder an- einsparen. basierten Quantentechnologien so Für die Quantenkommunikation wer- auch sicherheitspolitisch von hoher
dere Ionenstrahlen für medizinische Der Beitrag dazu kommt aus ver- wichtig, dass sich schon 2018 Vertre- den die Fraunhofer-Gesellschaft, Relevanz sind“, erklärte die Bundes-
Anwendungen produzieren. Heute schiedenen Richtungen. Zum Bei- ter von vier verschiedenen Ministeri- die Max-Planck-Gesellschaft sowie forschungsministerin Anja Karliczek
16 17
WELTWEITER UMSATZ LASER
STARKE ZAHLEN FÜR DIE GLOBALE LASERINIDUSTRIE
Seit 2016 ist der Weltmarkt für Laser um mehr als 30 Prozent gestiegen und
liegt inzwischen bei über 15 Milliarden Dollar pro Jahr. Das Anwendungs-
spektrum reicht dabei von der Metallbearbeitung, etwa im Automobilbau,
über medizinische Laser bis hin zur Laserprojektion in Kinos.
Weltweiter Umsatz Laser 2016–2019 (Wert in Mrd. USD) Laserweltmarkt nach Bereichen 2019 (Wert in Mrd. USD)
11,56 13,77 14,94 15,13 Medizin & Kosmetik Unterhaltung, Displays
1,2 0,5 & Druck
Analyse-, Messtechnik, Materialverarbeitung &
Sensorik
1,3 6,1 Halbleiter
2016 2017 2018 2019 Wissenschaftliche Kommunikation &
Forschung & Militär
1,8 4,1 optische Speicherung
Quelle: Strategies Unlimited (Laser Focus World 1/2020) Quelle: Strategies Unlimited (Laser Focus World 1/2020)
18 19INTERNETSEITE ATTRAKTIVER BONUS FÜR IHRE LESER Auf der interaktiven Website laser-im-leben.de finden Sie und Ihre Leser weiteres Material und detaillierte Hintergrundinformationen zu allen drei Laser-Lebenswelten. laser-im-leben.de 20 21
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