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Was wir allgemein als Laserlicht oder Laserstrahl kennen, existiert in dieser Form nicht in der Natur. Der Begriff „Laser“ ist ein Kunstwort, das sowohl den physikalischen Effekt beschreibt als auch das Gerät, mit dem Laserstrahlen erzeugt werden. Natürliches Licht hingegen setzt sich aus Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen und Phasen zusammen, die sich gleichmäßig in alle Richtungen ausbreiten. Im Gegensatz dazu sind Laserstrahlen nahezu parallel, kohärent und monochromatisch. Monochromatisch bedeutet, dass das Licht eines Lasers aus einer einzigen „Farbe“ oder Wellenlänge besteht.
Der erste Laser, ein Rubin-Impuls-Laser, wurde 1960 von dem US-amerikanischen Physiker Theodore Maiman entwickelt.
Funktionsweise und Aufbau von CO2-Lasern
CO2-Laser zählen zur Kategorie der Gaslaser. Bei einem Gaslaser ist der Resonator mit einem speziellen Gas gefüllt, das als aktives Medium fungiert und die Erzeugung hoher Strahlungsleistungen ermöglicht. Gaslaser können ein breites Spektrum von Wellenlängen abdecken, das von ultraviolettem Licht bis hin zu Infrarotstrahlung reicht.
Der CO2-Laser kann Ausgangsleistungen von bis zu 80 kW erreichen, wobei der Wirkungsgrad zwischen 15 und 20 % liegt. Die Wellenlänge dieser Laser beträgt 10.600 nm (10,6 µm). Entwickelt wurde der CO2-Laser 1964 von C. Kumar N. Patel in den Bell Laboratories. Die Anregung des Lasers erfolgt durch eine elektrische Gasentladung in einem Resonator, der mit einem speziellen Gasgemisch gefüllt ist. Dieses Gemisch setzt sich aus Kohlendioxid, Stickstoff und Helium (CO2-N2-He) zusammen. Das erzeugte Laserlicht wird mithilfe von Metallspiegeln auf das Werkstück geleitet, während die Fokussierung durch Parabolspiegel aus Metall oder durch Linsen aus einkristallinem Zinkselenid erfolgt.
Verwendung
CO2-Laser im Leistungsbereich von 10 Watt bis 200 Watt finden hauptsächlich Anwendung zum Gravieren, Schneiden und Perforieren von dünnen organischen Materialien wie Kunststoffen, Textilien, Holz, Leder und Kork. Da die meisten Metalle das Licht eines CO2-Lasers reflektieren, ist dieser Laser in diesem Leistungsbereich nur eingeschränkt für die Bearbeitung metallischer Werkstoffe geeignet. Ein hilfreicher Trick besteht darin, das Werkstück mit etwas Nagellack zu beschichten, wodurch das Material den Laserstrahl besser absorbiert.
In der Blechbearbeitung kommen üblicherweise Strahlleistungen zwischen 1 und 6 Kilowatt zum Einsatz, mit denen unlegierte Stähle bis zu einer Dicke von etwa 35 Millimetern und hochlegierte Stähle bis zu etwa 25 Millimetern präzise geschnitten werden können. Trotz der starken Reflexion von Laserlicht durch Metalle gibt es eine nachvollziehbare Erklärung für dieses Phänomen: Sobald sich durch die partielle Absorption des Lasers an der Oberfläche eine Vertiefung in Form einer Kapillare bildet, wird der Laserstrahl durch Mehrfachreflexion an den Wänden der Kapillare vollständig absorbiert. Dies ermöglicht eine effektive Schnittwirkung.
Im Leistungsbereich über 6 Kilowatt finden CO2-Laser hauptsächlich Verwendung beim Schweißen, Härten und Umschmelzen von Materialien.
Glas weist eine hohe Absorption der Wellenlängen von CO2-Lasern auf, was diese Laser zu einer ausgezeichneten Wahl für die Glasbearbeitung macht. Sie werden unter anderem zum Gravieren von Trinkgläsern sowie zum Anritzen von Ampullen in der Pharmaindustrie eingesetzt.