Die Theorie des LASER-Lichts samt der Quantenmechanik
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Die Geschichte des Lasers ist lang, für uns beginnt sie erst 1970
Nach den Unterlagen von Prof. Fischer wurde die erste wirklich funktionierende Laser-Diode um 1970 vorgestellt. Bislang mussten die (aller-) ersten Halbleiter- Laser- Dioden bis in den hohen Minusgrad-Bereich abgekühlt werden, weil man die Verlustleistung (die Ab-Wärme) noch nicht im Griff hatte. Der Wirkungsgrad der Röhren-Laser war sowieso bislang extrem schlecht (er lag bei unter 1% der zugeführten Energie oder noch schlechter).
Es war schon eine richtige Sensation, einer Laserdiode bei Raumtemperatur einen kontinuierlichen und dauerhaften "kohärenten" sichtbaren farbigen Laserstrahl "zu entlocken". Und es war mit Sicherheit nicht trivial.
Das war aus meiner bisherigen Sicht der Scheideweg der Philips Ingenieure, sich nach 1972 so langsam von dem großen 30cm Laser-Spieler zu verabschieden und die Entwicklung der deutlich kleineren digitalen Schallplatte voranzutreiben.
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Entwicklungs-Stadien der frühen Laser
| 1960 | Die ersten Laser überhaupt - ein Rubinlaser und ein Helium-Neon-Laser. |
| 1961 | Idee für einen chemischen Laser (umgesetzt 1965) und kombinierte Laser mit |
| optischen Fasern; Güteschaltung ermöglicht ultrakurze Pulse | |
| 1962 | Stimulierte Emission gekühlter Galliumarsenid-Dioden und erste einstellbare |
| Festkörperlaser (mit Übergangsmetallionen). | |
| 1963 | Erster N2-Laser und der Vorschlag, Festkörperlaser mit Laserdioden anzuregen; |
| bessere Helium-Neon- und Argonlaser; Einführung der sogenannten Modenkopplung, mit deren Hilfe regelmäßige Pulsreihen mit konstanter Intensität gelingen. | |
| 1964 | C02-Laser, Nd:YAG-Laser, erste durch Dioden angeregte Festkörperlaser und ein HCN-Laser, Xenon- und Krypton-Laser. |
| 1965 | Erste Laser mit Pulsen im Pikosekundenbereich durch Modenkopplung eines Rubinlasers; chemischer Laser. |
| 1966 | Erster Impuls-Farblaser, Farbstofflaser überhaupt und erster Kupferdampflaser. |
| 1967 | Berechnung und Umsetzung eines Wellenleitergaslasers und erster Fluorwasserstoff-Laser (HF-Laser). |
| 1968 | Erste Doppel-Heterostruktur-Laserdiode und erster Nd:YAG-Laser, der durch einen Diodenlaser gepumpt wird. |
| 1969 | Erster leistungsstarker C02-Laser im Kilowattbereich. |
| 1970 | Die erste kontinuierlich bei Raumtemperatur arbeitende Laserdiode. |
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..... und wer es wirklich genauer wissen will : ........
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Konzentrierte Historie der Laser-Entwicklung
| 1865 | James C. Maxwell stellt eine Theorie elektromagnetischer Felder auf (Maxwell-Gleichungen) und identifiziert Licht als elektromagnetische Welle. |
| 1888 | Heinrich Hertz erzeugt elektromagnetische Wellen (Radiowellen) und konstruiert Sender und Empfänger (Antenne). |
| 1900 | Max Planck fuhrt das Quantum der Wirkung ein; E = hv (Nobelpreis 1918). |
| 1905 | Albert Einsteins Hypothese von den Lichtquanten (Photonen) und seine berühmte Formel E = mc2 (Nobelpreis 1922). |
| 1912 | Niels Bohrs Modell des Atoms mit Quantenübergängen; AE = hv (Nobelpreis 1922). |
| 1917 | Albert Einsteins Vorschlag einer stimulierten Emission. »Zur Quantentheorie der Strahlung«. |
| 1925 | Werner Heisenbergs Quantenmechanik mit imaginären Größen, [p,q] = ih/zK (Nobelpreis 1933). |
| 1926 | Erwin Schrödingers Wellenmechanik (H\ |
| 1927 | Heisenbergs Unbestimmtheit (AE At > h/271) und Bohrs Idee der Komplementarität (Welle und Teilchen). |
| 1928 | Rudolf Ladenburg weist stimulierte Emission in Gasentladungen nach; Felix Bloch wendet die neue Quantenmechanik auf Festkörper an (Bandenstruktur). |
| Es folgen Jahre, die politisch dramatisch waren (Nationalsozialismus und der Zweite Weltkrieg), die aber wenig zum Laser beitrugen. Darum springen wir an den Anfang der 1950er Jahre. | |
| 1951 | Valentin Alexandrowitsch Fabrikant schlägt einen Mechanismus zur Verstärkung von Strahlung vor, der von einer Inversion bei den Besetzungszahlen ausgeht (stimulierte Emission). |
| 1951 | Charles H. Townes denkt über die Realisierung eines solchen Verstärkers nach. |
| 1952 | Erste numerisch gesteuerte Maschinen (NC-Technik] am Massachusetts Institute of Technology (MIT] in Boston. |
| 1954 | Charles H. Townes und seine Mitarbeiter stellen einen MASER (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation] vor, der mit Ammoniak operiert; Nikolai G. Bassow und Alexander M. Prochorow schlagen einen Mikrowellenoszillator vor. |
| 1956 | Der Begriff »fiber optics« (Arbeit mit flexiblen optischen Fasern] kommt auf |
| 1958 | Arthur L. Schawlow und Charles H. Townes stellen einen »optischen Maser« vor (Nobelpreise 1964 und 1981). |
| 1959 | Gordon Gould schlägt für eine solche Lichtquelle den Namen LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation] vor. |
| 1960 | Theodore H. Maiman gelingt es am 16. Mai i960 in den Hughes-Forschungs- laboratorien in Culver City, Kalifornien, den ersten funktionierenden Laser zu entwickeln. Der Laser ist jetzt eine Lichtmaschine; die erste besteht aus einem rosaroten Rubin-Edelstein und pulsiert rot (Wellenlänge 694 Nanometer]. |
| 1960 | Ali Javan baut im Dezember den ersten Gaslaser aus einem Helium-Neon-Gasgemisch (Wellenlänge 1,15 um; Infrarot, kontinuierlicher Strahl]; ein dunkler Rubin-Laser und ein mit Uran dotierter Kalziumfluondlaser werden entwickelt. |
| 1960 | Erste Festkörperlaser und viele weitere Vorschläge - unter anderem für Halbleiterlaser (Basow] und Excimere als Lasermedium (F.G. Houtermann) angeregte Dimere. |
| 1960 | In Deutschland: Bericht über »die erste Verstärkerwirkung einer Maser-Anordnung«. |
| 1961 | Erste Beobachtung von Frequenzverdopplung: Ein Quarzkristall wandelt den roten Strahl eines Rubinlasers ins Ultraviolette um (Second Harmonie Generation]; Entwicklung der Güteschaltung (Q^Switch] in den Hughes Research Laboratories; Konzept des Faserlasers (Elias Snitzer]. |
| 1961 | Im Institut für Optik und Spektroskopie (IOS] der Akademie der Wissenschaften der DDR wird die Parole ausgegeben: »Laser sollt ihr machen!« |
| 1961 | Elias Snitzer kombiniert Laser und optische Fasern und schafft neue Möglichkeiten für die Telekommunikation. Erster Einsatz von Rubin-Lasern zur Lichtkoagulation (zur Verhinderung von Netzhautablösung]. Im Oktober wird in der BRD ein erster »optischer Molekularverstärker (LASER]« vorgeführt (Horst Rothe). |
| 1962 | Ein Helium-Neon-Laser mit der Wellenlänge von 63 2,8 Nanometern (rot); ein erster Haibieiterlaser mit Galliumarsenid-Dioden (GaAs) und p-n-Übergängen (bei tiefen Temperaturen). Der erste kommerzielle Laser wird verfügbar. Am 7. August funktioniert der erste Laser in der DDR (durch den Außenseiter Kurt Lenz). Im Herbst nimmt der erste kontinuierlich strahlende Helium-Neon-Laser bei Siemens in München seinen Betrieb auf. Erste Anwendung eines Lasers (Rubin) zur Fotokoagulation der Netzhaut. |
| 1963 | Kontinuierlich stimulierte 840-Nanometer-Emission von Galliumarsenid-Dioden (dotiert mit Zn und Te). Erster abstimmbarer Festkörperlaser (mit Übergangsmetallionen wie Ni2+:MgF2); erste Untersuchungen von Laserwirkungen im medizinischen Bereich (Leon Goldman) und Verwendung von Laserstrahlen in der Zahnbehandlung (Bohrungen). |
| 1964 | Ein erster COz-Laser und stimulierte Emission von Nd:YAG (mit Neodym dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat (ein Kristall aus Y3Al50lz); Neodym als Nd3+; erster Gaslaser (HCN) zwischen Infrarot und Mikrowellen. Mode-Locking wird in den USA vorgestellt. Ein erstes deutsches Unternehmen produziert einen Laser. In den USA gibt es erste Laserschweißer. |
| 1965 | Erste Umsetzung eines chemischen Lasers (Inversion durch chemische Reaktionen) auf der Basis von HCl; erste regelmäßige Anwendungen von Argonlasern in der Augenheilkunde (Netzhautkoagulation); ersrer Einsatz von C02-Lasern in der Chirurgie. |
| 1966 | Erste Farbstofflaser - abstimmbar durch Wahl des Lösungsmittels; der erste COz-Laser mit Güteschaltung; erster Einsatz von Lasern für spektroskopische Untersuchungen in Geweben; Gründung von Coherent Inc. in Kalifornien (übernimmt später die Lambda Physik). |
| 1967 | Laser in der Blitzlichtfotolyse erlauben Analyse von Reaktionen im Nanosekundenbereich; erste Anwendung von Rubinlasern zur Behandlung von Hautkrebs; erste Tierversuche zur Hornhautablation mit COz-Lasern. |
| 1969 | Beschleunigung der Wundheilung bei geringen Intensitäten (Emre Mester); holographische Interferenzmessung in der diagnostischen Medizin; |
| 1969 | erste Vorschläge, C02-Laser als »Skalpelle« zu nutzen (ab 1975 erfolgreiche »Lasermesser«). Laserimpulse vom Mond zur Entfernungsbestimmung auf Zentimeter genau; erste Konstruktion eines Taserrlrnrkers durch die Firma Xerox; knnnrmierlirh strahlenrle chemische Laser. |
| 1969 | Die erste deutschsprachige Fachzeitschrift LASER für angewandte Laser- und Strahlentechnik erscheint in der Schweiz, in Aarau (der Herausgeber, Hans K. Koebner, ist aus München). |
| 1970 | Kontinuierliche stimulierte Emission von Rhodamin 6G in Wasser (Farbstofflaser); |
| 1970 | Hermann Haken verfasst eine Laser-Theorie; |
| 1970 | Erste Untersuchungen zum Strahlungsdruck mit Laserlicht (Arthur Ashkin) (erste »optische Pinzette« 1972); |
| 1970 | Heterostruktur-Halbleiter-Laserdioden werden vorgestellt (Nobelpreis 2000). |
| 1971 | Entwicklung eines flexiblen Laserlichtleiters durch Günther Nath und Hartwig Müßiggang und Konzeption eines Laserzystokops zur Anwendung in der Urologie (Harnblase); Gründung von Lambda Physik in Göttingen (Hochleistungs-Stickstofflaser) |
| 1971 | Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF): Projekt »Untersuchungen über neue operative Behandlungsmethoden mit Laserstrahlen in der Urologie« (Stiftung Volkswagenwerk); Entwicklung flexibler Lichtleiter durch Günther Nath. |
| 1972 | Entwicklung eines 60-Watt-Neodym-YAG-Lasers als Koagulationsgerät für organisches Gewebe (Hartwig Müßiggang); Beginn der Fertigung von Lasergeräten zum Schweißen durch Haas Laser GmbH (heute: Trumpf) in Schramberg; erste Entwicklungsarbeiten an einer Audio-CD (Phillips, Bosch). |
| 1973 | Das Bundesministerium für Forschung und Technologie (BMFT) genehmigt Einrichtung und Betrieb eines zentralen Laserlabors bei der Gesellschaft für Strahlenforschung (GSF), Inbetriebnahme 1974; die Messe Laser73 in München; MBB-Medizintechnik (Messerschmitt-Bölkow-Blohm) bringt ersten kommerziellen und kontinuierlichen Nd:YAG Laser (100 Watt) auf den Markt; erste Laserendoskopie durch Faseroptik (Günther Nath ), von Hartwig Müßiggang zur Behandlung von Blasengeschwülsten eingesetzt. |
| 1974 | Erste endoskopische Laserkoagulation im Magen-Darm-Trakt (Peter Frühmorgen). |
| 1975 | Gründung von Rofin-Sinar (erster C02-Laser aus Eigenproduktion 1982); Laserblitze von Pikosekundendauer werden möglich; erstes Internationales Symposium für Laserchirurgie in Tel Aviv (1986 fand der Kongress in München statt). |
| 1976 | Endoskopische Zerstörung von Blasentumoren mit Nd:YAG-Laser; erste Entfernung eines Hirntumors in tozo mit einem COz-Laser in Graz. Mit einem Laserstrahl gelingt es, ein Caesiumatom unter 1019 Fremdatomen nachzuweisen. |
| 1977 | Lambda Physik produziert den ersten kommerziellen Excimerlaser; Peter Kiefhaber und seinem Team gelingt die erste signifikante Anwendung von Nd:YAGLasern in der Chirurgie (endoskopische Kontrolle von inneren Blutungen). |
| 1978 | Routinebehandlung von Harnröhrenerkrankungen mit Argonlasern; es gelingt die Laserkühlung mit eingefangenen positiven Ionen; Koagulation von Blasentumoren mit Nd:YAG-Lasern (Alfons Hof-stetter und Karlheinz Rotheberger). |
| 1979 | Trumpf steigt in die Lasertechnik ein - eine Laserstanzmaschine mit einem Laser aus den USA (500-Watt-Laser bei Stanz-Nibbel-Maschi-nen); Beseitigung von Harnleitertumoren mit Nd:YAG-Lasern. |
| 1980 | Ein Nd:YAG-Stablaser, der von einem Diodenlaser gepumpt wird ; Einsatz bei Netzhautablösung; Einführung der laserinduzierten Mikrochirurgie (Nd:YAG mit (^Switch) in die Klinik. |
| 1981 | Gründung der Deutschen Gesellschaft für Lasermedizin; erste öffentliche Vorstellung einer Audio-CD (Compact Disk); Gründung des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik mit einer Abteilung für Laserphysik (Prof Herbert Walther). |
| 1982 | Im November erste Tagung der Deutschen Gesellschaft für Lasermedizin (in München); Schweißen maßgeschneiderter Bleche (»tailored blanks«), Titan:Saphir-Laser mit Pulsen im Femtosekun-denbereich. |
| 1983 | Trumpf plant eine eigene C02-Laserproduktion; Einsatz von Lasern zur experimentellen Laserchirurgie an der Hornhaut; auf der Messe Laser83 wird der »Förderkreis Lasertechnik« gegründet. |
| 1984 | Die USA geben 1,3 Milliarden Dollar für die Entwicklung von Lasern aus; Saphirspitzen für Quarzglasfasern, um Laser mit Gewebekontakt einzusetzen. |
| 1985 | Trumpf stellt den ersten selbst entwickelten Laser vor - den COz-Laser TLF 1000 mit 1 kW Strahlleistung - mit Hochfrequenzanregung - und konzipiert eine erste Anlage zur dreidimensionalen Materialbearbeitung; Haas-Laser führt Strahlführung über ein flexibles Kabel in die industrielle Fertigung ein (Laserfügen). In der Medizin werden Laser zur Säuberung von Arterien eingesetzt. |
| 1986 | Sämtliche Strahlquellen werden von nun an von Trumpf selbst gefertigt; die Gerag Getriebe- und Zahnradfabrik (Rosenheim) setzt eine COz-Mehrachsen-Laserschweißanlage zur Fertigung von Kupplungen ein. Gründung des Instituts für Strahlwerkzeuge (IFSW) in Stuttgart; zum ersten Mal wird ein Laser zum Abtragen von Hornhaut eingesetzt (fotorefraktive Keratektomie). |
| 1987 | Im Oktober stellt das Bundesministerium für Bildung und Forschung das »Förderkonzept Laserforschung und Lasertechnik« vor. |
| 1988 | Ein Röntgenlaser (248 Nanometer) produziert Femtosekundenpulse; Elias Snitzer beschreibt den ersten mantelgepumpten Faserverstärker, aus dem der Faserlaser wird; Pumpen mit Diodenlasern. |
| 1989 | Gründung der Trumpf Lasertechnik GmbH und der erste »gefaltete« Laser; geströmte COz-Laser mit hoher Leistung (Schneiden von 12 Millimeter starken Blechen; (2005 gelang es, Stahlbleche einer Stärke von 30 Millimetern zu schneiden); mit einem Excimerlaser wird die erste Laser-in-situ-Keratomileusis (Hornhautabtragung) vorgenommen (LASIK). |
| 1990 | Erste kommerzielle Faserlaser mit Leistung im Wattbereich. |
| 1992 | Entwicklung eines IC-Lasermarkierers durch Rofin-Sinar; Trumpf kauft Haas-Laser in Schramberg, der Nd:YAG-Dauerstrichlaser im Kilowattbereich hatte. |
| 1993 | Verkauf von 6 Millionen Lasern weltweit; Umsatz von 1,7 Milliarden DM. |
| 1994 | Entwicklungsarbeit an der Idee eines Scheibenlasers. |
| 1998 | Trumpf weiht eine neue Laserfabrik in Ditzingen ein, in der zweihundert Mitarbeiter C02-Laser und andere Lasermaschinen für die industrielle Fertigung produzieren. |
| 2005 | BMBF-Verbund Projekt PROMPTUS. |
| 2006 | Berthoid Leibinger: »Als Produkt betrachtet befindet sich der Laser in einer ganz frühen Entwicklungsphase.« |
| 2007 | Nature Photomcs erscheint seit Januar 2007. |
| 2008 | Forscher berichten von Lasern, die Pulse im Attosekundenbereich liefern; Femtosekundenlaser werden zur Behandlung von Sehschwäche angeboten. |
| 2009 | Nanolaser werden im Laboratorium realisiert; das Verbundprojekt LIFT - »Leadership in Fiber Technology« - wird gestartet zur Entwicklung von Faserlasern. |
| 2010 | Laser erlauben es, die Bahn eines einzelnen Atoms in Echtzeit zu verfolgen. Die Zeitschrift Nature (Ausgabe vom 7. Januar 2010, S. 32) veröffentlicht folgende Prognose: »Im Jahr 2020 werden Laser wahrscheinlich Strahlen mit einem Durchmesser in der Größenordnung von einem Nanometer liefern - das ist die Größe eines kleinen Moleküls. (...) Laserbasierte Uhren werden messen, wie sich die fundamentalen Konstanten der Natur verschoben haben, wodurch unsere Theorien herausgefordert werden, die den Ursprung und die Evolution des Kosmos beschreiben. (...) Die Laser der nächsten Generation werden die Herstellung neuer Zustände der Materie erlauben, wir werden Temperaturen erreichen, wie sie sonst nur im Inneren von massiven Sternen bestehen. (...) Worin bestehen die Herausforderungen um diese (und andere) Ziele zu erreichen? In der Entwicklung neuer Lasermaterialien, Quellen und Optiken, die den enorm hohen Intensitäten standhalten, und m neuen Techniken im Nanobereich. Wie die Erfinder des Lasers im Jahr i960 unterschätzen wir wahrscheinlich immer noch die gesamten Möglichkeiten und Aus Wirkungen des Lasers.« |
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Damit ist der Spezialbereich über die Theorie des Laser-Lichts erstmal abgeschlossen.
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