Lasertechnik

• 1550nm ungefährlichste, die Strahlung dringt nur in die vorderen Schichten vor

• 1300nm ein Einbruch in der Transmissionskurve (kritisch)

• 850nm ist am gefährlichsten, Lidschlussreflex funktioniert nicht mehr (Strahlung ist nicht mehr im sichtbaren Bereich)

• divergierende Strahlen werden zu Parallelstrahlen, die das Auge dann auf eine kleine Fläche fokussiert

• Maximal zulässige Bestrahlung

• das Auge kann Lichtstrahlen selbst fokussieren

• Strahlung auf Netzhaut meistens als irreversible Schäden anzunehmen

• Grenzwerte der zugänglichen Strahlung

• 1mW im Bereich von 400-700nm

• 30.000s – 8h ganzer Arbeitstag

• 100s längere Beobachtung

• 0,25s Lidschlussreflex

• Bereich, in dem die maximal zulässige Bestrahlung des Auges (auch zufällig) überschritten wird

• Ein Unternehmer sollte verhindern, dass die MZB-Werte auch bei diffuser und reflektierter Strahlung nicht überschritten werden. Ist dies dennoch der Fall, müssen geeignete Schutzmittel zu Verfügung stehen.

• Unterweisungspflicht (mind. 1x jährlich)

• Schutzeinrichtungen und Schutzausrüstungen sind zu benutzen

• Bei Verdacht auf Augenschäden muss sofort der Augenarzt aufgesucht werden

• M steht für Modengekoppelter Laser ⇒ Pulse kürzer als 10^-9s

• 700-850 gibt den Wellenlängenbereich an, in dem diese Brille die angegebene Schutzwirkung aufzeigt

• L5 gibt die Schutzstufe an; Strahlung wird um den Faktor 10⁵ abgeschwächt

• D steht für den Dauerstrichbetrieb

• 512 gibt hier die Wellenlänge von 512nm an, bei der diese Brille die angegebene Schutzwirkung zeigt

• L3 ist die Schutzklasse der Brille; Strahlung wir um den Faktor 10³ abgeschwächt

• sobald ein Unternehmer Lasereinrichtungen der Klassen 3B und 4 betreibt, müssen Sachkundige als Laserschutzbeauftragte schriftlich bestellt werden

• Er ist Sachkundiger, wenn er ausreichende Kenntnisse über die zum Einsatz kommenden Laser besitzt, eingehend über die Wirkung von Laserstrahlung informiert und über die Schutzmaßnahmen und Schutzvorschriften unterrichtet ist.

• Kurse die hierzu besucht werden, müssen den Anforderungen der Berufsgenossenschaften entsprechen

• Der Laserstrahl muss am Ende seines Zweckdienlichen Weges beendet werden.

• Darf nicht durch eine Fenster nach draußen (muss also an die Wand)

• Der Strahl darf nicht reflektiert werden

• Es darf keine Person in den strahl hineingelangen

• Laserstrahl nicht in Augenhöhe, tiefer oder am besten höher

• Überwachung und Prüfung des Betriebes von Lasereinrichtungen

• Unterstützung des Unternehmers hinsichtlich des sicheren Betriebs und der notwendigen Schutzmaßnahmen

• Zusammenarbeit mit den Fachkräften für Arbeitssicherheit bei der Erfüllung ihrer Aufgaben einschließlich Unterrichtung über wichtige Angelegenheiten des Laserstrahlenschutzes.

• Überwachung der Einhaltung der Sicherheits- und Schutzmaßnahmen

• Untersuchung von Unfällen und Einschaltung der Fachkräfte für Arbeitssicherheit

• Laserschutzbeauftragten schriftlich bestellen

• Laserschutzeinrichtungen und -ausrüstungen zur Verfügung stellen

• Laser schriftlich vor der 1. Benutzung anzeigen (Unfallversicherungsträger und Behörde für Unfallschutz)

• Elektronen auf ihren verschiedenen Niveaus nehmen Energie in Form von Photonen auf und können so auf ein höher liegendes Energieniveau angeregt werden.

• Elektron im Zustand E_i (i ≠ 1) fällt mit Wahrscheinlichkeit „A_ij“ ohne Stimulation in einen tiefer liegenden Zustand „j“ (i > j).

• Die spontan emittierten Photonen zeigen keine bevorzugte Emissionsrichtung und insbesondere gibt es keine feste Phasenbeziehung der Photonen untereinander.

• Ein Photon, das auf ein Elektron trifft, kann mit gleicher Wahrscheinlichkeit ein Elektron anregen oder eine stimulierte Emission herbeiführen. Dabei strahlt das Elektron ein, zum anregenden Photon, kohärentes Photon in gleicher Richtung aus.

• Um eine Verstärkung von Licht zu erreichen, müssen mehr Elektronen im höheren Niveau liegen als im niedrigen, so dass aufgrund der Besetzung die Wahrscheinlichkeit für die stimulierte Emission höher ist als für die Absorption.

• (Betrachte große Zahl gleicher Atome/Moleküle) Im thermischen Gleichgewicht verhalten sich die Anzahlen der Atome im Zustand „i“ und „j“ wie: N_i = N_j *e^{(-E_i-E_j/k*t)}
  Boltzmann-Verteilung: k = 1,38*10^-23 J/K

• Im thermischen Gleichgewicht nimmt die Besetzungswahrscheinlichkeit mit der Energie immer ab.

• Boltzmann-Verteilung

• Da die Wahrscheinlichkeiten für die stimulierte Emission und die stimulierte Absorption gleich sind, gleichzeitig aber in einem System die höheren Energiezustände weniger besetzt sind, werden mehr absorbiert als emittiert.
  ⇒ der Laserbetrieb kommt nicht in Gang! Es ist keine Besetzungsinversion gegen das Grundniveau möglich

• Durch Kühlung wird erreicht, dass die Elektronen in dem jeweiligen Lasermedium nicht thermisch angeregt werden und somit nicht das untere Laserniveau besetzen. Inversion würde schwieriger werden

• Bei 2 beteiligten Niveaus, kann maximal N₁=N₂ (Anzahl der Elektronen im Grundzustand gleich der Anzahl im Angeregten) erreicht werden. Damit ein Laserbetrieb aber zustande kommen kann, muss das obere Niveau stärker besetzt sein.

• Die Besetzungsinversion wird nur bei sehr großer Pumprate erreicht

• Sehr hohe Wärmebelastung für das aktive Medium

• (Fast) nur als Pulslaser geeignet

• Besetzung des Grundzustandes muss <50% sein!

• Die Laserbedingungen (Besetzungsinversion, Amplitudenbedingung) können wird viel leichter eingehalten werden, da 3 Zustände über dem Grundzustand existieren

Da auf Grund des Einschwingvorgangs der Laser die Besetzungsinversion erst einige Zeit nach Einschalten des Pumpprozesses erreicht wird, entstehen so genannte Spikes (Leistungsspitzen) mit wesentlich höherer Leistung am Ausgang des Lasers!

• Optisches Pumpen durch Laser oder leistungsstarke (breitbandige) Lichtquellen.
  - Oberes Pumpniveau sollte ein breites Band sein, damit möglichst viel Strahlung genutzt werden kann.
  - die Pumplichtquelle muss eine kürzere Wellenlänge als der gepumpte Laser besitzen!

• Stoßanregung kann erfolgen durch:
  - Elektronenstöße (es entstehen angeregte Ionen)
  - Stöße mit angeregten Atomen/Molekülen einer anderen Art (es wird die Anregung „übertragen“)

• Chemisches Pumpen (Erzeugung der Anregung durch eine exotherme chemische Reaktion gasförmiger Stoffe)
  - Auslösung der Reaktion durch Flamme oder Blitz

• Injektion von Ladungsträgern (Stromdurchgang durch einen pn-Übergang)

• weitere Pumpprozesse:
  - Gas erhitzen, anschließend adiabatische Entspannung

- nuklear gepumpte Laser (Röntgenlaser) Pumpen durch Kernreaktion

- Räumliche Trennung von angeregten/nicht angeregten Atomen/Molekülen
(Maser)

- Beschleunigte Elektronen im W

• Stöße 2. Art sind Stöße mit angeregten Atomen/Molekülen anderer Art.
  Diese kommen z.B. in He-Ne-Lasern vor, da hier 2 verschiedene Gasarten mit ähnlichen Energiezuständen vorliegen. Hier ist die Wahrscheinlichkeit einer Übertragung der Anregung am wahrscheinlichsten.

Eine Longitudinalmode ist eine stehende Welle innerhalb eines Resonators. LM können auf einen einzigen Fleck fokussiert werden. LM sind die Frequenzen/Wellenlängen für die sich stehende Wellen im Resornator ausbilden können. Dies ist nur möglich wenn f=q* C/(2nL) erfüllt ist. Das bedeutet die Länge eines Resonators muss ein Vielfaches von Lambda/2 sein.