Laser 50 Jahre Laser

Vor 50 Jahren stellte der Physiker Theodor Maiman eine spektakuläre Erfindung vor: den Laser. Die Lichtbündel haben unser Leben revolutioniert.

Im Mai 2010, jährte sich die Erfindung des ersten funktionierenden Lasers durch Theodore H. Maiman zum fünfzigsten Mal. Seit der US-amerikanische Wissenschaftler den ersten künstlichen Lichtblitz zündete, hat die Lasertechnologie den Alltag erobert. Laser verbinden und trennen, Laser heilen, Laser übertragen Informationen. Die Liste der Anwendungen ließe sich beliebig fortsetzen. Das „Werkzeug Licht“ ist eine Schlüsseltechnologie.

Die besondere Eigenschaft von Laserlicht ist seine Kohärenz, das heißt, alle Lichtwellen schwingen im Gleichtakt und verstärken sich dadurch gegenseitig. Das ist etwas, was in der Natur praktisch nicht vorkommt. Die Lichtbündel haben unser Leben revolutioniert – vom CD-Player bis zur militärischen Laserkanone. Sie werden zum Beispiel im Verkehr von der Verkehrspolizei genutzt, in der Wirtschaft zum Schweißen und in der Medizin für Augenoperationen.

Ein Lösung für viele Probleme

Ob in der Unterhaltungsindustrie, Telekommunikation, Chirurgie, Industrieproduktion oder in der Messtechnik – die Anwendungen des Lasers sind heutzutage so vielfältig wie die verschiedenen Lasertypen, die auf dem Markt sind. Während der kleinste Laser dünner ist als ein menschliches Haar, füllen die leistungsfähigsten Lasergeräte ganze Hallen. Dabei ist eins sicher, keiner von den Laserpionieren hatte wohl eine Vorstellung von dem, welche Anwendungsmöglichkeiten sich für den Laser eröffnen sollten. Im Jahr 1960 galt der Laser noch als Lösung eines Problems, das noch zu suchen sei. Fünfzig Jahre später gibt es fast keine technische und wissenschaftliche Fragestellung mehr, die der Laser nicht beantworten könnte.

Nach 50 Jahren würde man eigentlich vermuten, dass eine solche Technologie durch etwas Besseres ersetzt wird. Tatsächlich haben verschiedene Lasertypen ihre große Zeit bereits hinter sich: Die in den 70er-Jahren vor allem in der Medizin verbreiteten Farbstofflaser etwa sind heute fast völlig verschwunden. Das Laserprinzip aber hat die hinter uns liegenden 50 Jahre erfolgreich überstanden. Auf der Anwendungsseite stehen uns aber sicher noch Überraschungen bevor.

Eine neue Technologie versprach Welt zu verändern

Über die Lasertechnologie sagte man, sie werde Augen heilen, Signale übertragen und Werkstücke bohren, schneiden oder verschweißen können. Sie erlaube es, Raketen zu leiten, zu orten oder zu zerstören, die Verschmutzungen der Atmosphäre zu messen oder gar eine Kernfusion zu zünden. Reader‘s Digest schrieb damals vom „light of hope“, die New York Times sah den Laser die Zukunft erleuchten und das Time Magazine nannte ihn „das heißeste Thema in der Festkörperphysik seit dem Transistor“.

Um 1964 hatten Laserforscher und Ingenieure zwar schon vieles probiert. Doch jeder Versuch, eine bestehende Anwendung auf den Laser zu übertragen, zeigte, dass die „konventionelle“ Anwendung überlegen blieb, solange man die Applikation nicht vom Laser her komplett neu entwickelte. Genau das drückten 1964 enttäuschte Laser-Enthusiasten mit dem bekannten Satz aus: „Der Laser ist eine Lösung auf der Suche nach einem Problem.“

Für die Hochleistungslaser begann 1967 in Großbritannien eine entscheidende Entwicklung. Ein Maschinenbauer, Messer Griesheim, ein Strahlquellenhersteller, Coherent, und ein Forschungsinstitut, The Welding Institute, arbeiteten gemeinsam daran, den Laser für ein neues industrielles Verfahren einzusetzen: das Schneiden von Blechen. Dieses Modell der Entwicklungsallianz ist bis heute typisch in der Laserbranche.

Im Lauf der 1970er-Jahre wuchs so das technische Wissen. Zugleich entwickelte sich mit dem zunehmenden Lasereinsatz das Geschäft mit technischen Komponenten für die Strahlerzeugung sowie die Führung und Kontrolle des Laserlichts. Ende der 1970er-Jahre hatte das Schneiden von Blechen so viel an Kontur gewonnen, dass die Entwicklung einer Standardmaschine in der Luft lag: Auch TRUMPF experimentierte bereits mit einem importierten CO2-Laser. Ihr folgte dann im Herbst 1979 die erste Stanz-Laser-Kombimaschine. Die Maschine zielte direkt auf den Markt der flexiblen Blechfertigung: ein „Werkzeug“ aus Licht, das per NC-Steuerung frei programmierbare Konturen schneidet.

Laser und einige Highlights

Für das ehemalige „Ingenieurspielzeug“ Laser begann dann die steile Karriere als Werkzeug und Wettbewerbsfaktor.

• 1971: Mikrolochbohrung
• Ein Elektronikunternehmen verbindet zum ersten Mal zwei elektrisch leitende Schichten eines Mehrebenensubstrats mit winzigen, leitenden Löchern. Heute spielt dieses Verfahren eine wichtige Rolle bei der Herstellung hocheffizienter Solarzellen.
• um 1971: Bohren von Turbinenschaufeln
• Die Arbeit an immer schnelleren Düsenflugzeugen führte zu einer neuen Kühltechnik für Turbinen: Schaufeln mit lasergebohrten Kühlkanälen. Daraus entwickelten sich mehrachsige Präzisionspositionierungssysteme und computergesteuerte Strahlfokussierung.
• 1982: Schweißen von Tailored Blanks
• Die „maßgeschneiderten Bleche” tragen erheblich zur Fertigung leichterer und sparsamerer Fahrzeuge bei. Heute sind weltweit mehr als 400 automatische Laserschweißgeräte für Blanks im Einsatz, und diese Zahl steigt weiter an.
• 1987: Generative Verfahren
• Am Anfang stand die Idee, mit Lasern in einem lichtempfindlichen Polymer dreidimensionale Strukturen zu erzeugen. Hieraus gingen später Verfahren wie Rapid Prototyping, Laserauftragschweißen oder die Mikrostereolithographie hervor.
• 1988: Pumpen mit Diodenlaser
• Der „Nur-Festköperlaser“ gewinnt maßgeblich an Effizienz und Leistung und zieht in Schweiß-, Bohr-, Markier- und zunehmend auch Schneidapplikationen ein.
• 1992: Stent-Schneiden
• Die Medizintechnik ist ein Beispiel dafür, wie der Laser eine Branche revolutioniert: Als die weltweite Nachfrage nach Stents rapide anstieg, wurde der Laser bei deren Herstellung erste Wahl.
• 2000 - 2009: Teraherzlaser, Nanopartikelerzeugung und …
• Die Lasertechnologie bringt heute mehr neue Ideen her denn je hervor. Doch was davon ein Meilenstein sein wird, muss sich noch zeigen.

Der Laser bei Trumpf

• 1916 In seiner Veröffentlichung zur Quantentheorie der Strahlung führt Albert Einstein führt die stimulierte Emission ein. Es ist der grundlegende physikalische Effekt des Lasers
• 1923 Christian Trumpf kauft mit zwei Partnern die mechanische Werkstatt der Firma Julius Geiger. Das erste Logo verweist auf das Produkt des Unternehmens, biegsame Wellen.
• 1957 TRUMPF patentiert die Koordinatenführung von Blechen: Ausgangspunkt für die NCSteuerung, mit der später die Lasermaschinen arbeiten.
• 1960 In den USA erzeugt Theodore Maiman das erste Laserlicht.
• Im gleichen Jahr nennt eine Fachzeitschrift TRUMPF den „Nibbelkönig“ im wachsenden Markt der flexiblen Blechbearbeitung.
• 1970 Trumpf baut seinen ersten Festkörperlaser.
• 1978 Von einer Informationsreise durch die USA kehrt der neue Vorsitzende der Geschäftsführung von TRUMPF Berthold Leibinger mit einem besonderen Gepäckstück zurück: einem 1kW-CO2-Laser.
• 1979 TRUMPF stellt die erste kombinierte Stanz-Lasermaschine vor. Als Strahlquellen dienen CO2-Laser mit 500 und 700 Watt Leistung aus den USA.
• 1985 TRUMPF baut eigene 1kW-CO2-Laser.
• Haas Strahltechnik entwickelt und präsentiert das erste Laserlichtkabel für den industriellen Einsatz. Seine gelbe Farbe ist bis heute die Norm geblieben.
• 1989 TRUMPF präsentiert den gefalteten Hochleistungs-CO2-Laser: den bis heute meistverkauften Multikilowatt-Laser.
• 1999 Der Scheibenlaser vervielfacht das Leistungspotenzial diodengepumpter Festkörperlaser: Auf der LASER stellt TRUMPF das erste Laborgerät vor.
• 2009 TRUMPF zeigt den ersten hoch brillanten Multikilowatt-Industrielaser mit Hochleistungslaserdioden als direkte Strahlquelle.

Mit dem Laser in der Zukunft

Mit der Lasertechnologie werden heute rund sieben Milliarden Dollar umgesetzt und sie expandiert noch immer. Eine aufregende Entwicklung ist der energiereichste Laser der Welt im Lawrence Livermore National Laboratory. Er bedeckt drei Fußballfelder und soll die Kernfusion ermöglichen helfen.

Blickt man 50 Jahre in die Zukunft, lautet die wichtigste Frage: Was werden die größten technologischen Herausforderungen sein? Eine davon ist die Medizin: Hier hat der Laser bisher nur an der Oberfläche gekratzt. Ein weiteres Gebiet ist die Sicherheit: etwa Systeme, die Eindringlinge erkennen und Computer sicherer machen. Die Welt in 50 Jahren wird eine völlig andere sein, in der Sicherheit eine deutlich größere Rolle in unserem Leben spielt. Das nächste große Thema sind Ressourcen: Energie, Wasser, saubere Luft, Rohstoffe. Laser können bei der Umweltbeobachtung, der Herstellung von Solar- und Brennstoffzellen und Herausforderungen wie der Kernfusion helfen.

Das Laserprinzip aber hat die hinter uns liegenden 50 Jahre erfolgreich überstanden. Auf der Anwendungsseite stehen uns aber sicher noch Überraschungen bevor.

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