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Laser: Grundlagen und Anwendungen in Photonik, Technik, Medizin und Kunst

Laser: Grundlagen und Anwendungen in Photonik, Technik, Medizin und Kunst

Dieter Bäuerle

ISBN: 978-3-527-66161-9

Aug 2013

214 pages

Description

Der erste Laser wurde bereits Anfang 1960 als LaborgerÞt gebaut. Erst in den vergangenen zwanzig Jahren ist es aber gelungen, Laser zuverl Þssiger, stabiler, kompakter und billiger zu erzeugen. Seither schreitet der Siegeszug von Lasern unaufhaltsam voran. Viele "technische Errungenschaften", insbesondere in der Produktionstechnik, basieren auf dem Einsatz von Lasern. Die Lasertechnik ist heute ein eigenstÞndiges Fachgebiet. Mit der Entwicklung langlebiger stabiler und billiger Halbleiterlaser in Kombination mit moderner Optik sowie einer leistungsfÞhigeren Elektronik und der.

I Grundlagen 1

1 Die Natur des Lichts 3

Was sind elektromagnetische Wellen ? 5

Mobilfunk und Radiosender 7

Lichtquanten 8

Das Bohr’sche Atommodell 9

Quantenmechanik f_r Fußg_nger 12

2 Atome, Molek_le, Festkçrper 17

Atomspektren 17

Molek_le, Gase 18

Fl_ssigkeiten 21

Kristalline Festkçrper 22

Amorphe und semikristalline Festkçrper, weiche Materie 28

3 Laser 31

Scheinwerfer- und Laserstrahlen 31

Aufbau 31

Stimulierte Emission 33

Prinzip des 3-Niveau-Lasers 35

4 Lasertypen und Eigenschaften 37

Gaslaser 37

Festkçrperlaser 39

Farbstofflaser 39

Intensit_t / Energiedichte 40

Monochromasie 40

Koh_renz 40

Zeitliche Lokalisierung 43

Abbildung von Laserlicht 44

5 Laser-Materie Wechselwirkungen 47

Photochemische und photophysikalische Prozesse 49

Laserinduzierte thermische Prozesse 50

Plasmen 52

Anwendungen – ein _berblick 54

II Unterhaltungs-, Druck- und Informationstechnologie 59

6 CD- und DVD-Speicher 61

Das Dual-Layer-Prinzip 64

Einmalig und wiederbeschreibbare CDs 65

7 Strichcode-Leseger_te 67

Standard-Codierungen 68

Zuk_nftige Entwicklungen 69

8 Der Laserdrucker 71

Tonerteilchen, der Farbdruck 74

Laserdrucker und Tintenstrahldrucker 75

9 Holographie 77

Das Prinzip 78

Rekonstruktion des Bildes 80

Weißlichtholographie 81

Photographie oder Holographie? 83

Pr_gehologramme, Sicherheitsmerkmale 84

Computergenerierte Hologramme 84

Optische Speicher 85

Dreidimensionales Sehen 85

10 Telekommunikation 87

Komponenten f_r die optische Telekommunikation 88

Glasfasern 89

Vor- und Nachteile der Glasfasertechnik 91

Sonstige Anwendungen optischer Wellenleiter 91

Absorption und Streuung 92

Signaldegradation durch Dispersion 94

Wellenl_ngen- und Zeitmultiplexing 95

11 Teleportation, Quantenkryptographie 97

_berlagerungszust_nde 98

Verschr_nkung 99

Alice, Bob und Eve 100

Quantencomputer 101

III Laser in der industriellen Fertigung 103

12 Laserschneiden 105

13 F_gen von Materialien 109

Laserschmelzkleben 109

Lçten 109

Schweißen 110

14 Bearbeitung von Oberfl_chen 113

Laserpolieren 113

H_rten 116

Oberfl_chenlegieren 118

15 Beschichtungen, Erzeugung von 3D-Strukturen 119

Laser-Beschichtungsverfahren 119

Herstellung von 3D-Strukturen 121

16 Mikro- und Nanotechnologie 123

Einspritzd_sen 124

Tintenstrahldrucker 124

Mikroreaktoren 126

Strukturierung d_nner Filme / Schichten 127

Markieren / Beschriften 127

17 Chips und Sensoren 129

Optische Lithographie 129

Inspektion und Bearbeitung 132

Zuk_nftige Entwicklungen 132

Laser-Sensoren 133

18 Flachbildschirme 135

Farbbildschirme 140

Organische Leuchtdioden 140

LED Displays 141

Laser-Projektion 141

IV Messtechnik, Chemische Analyse, Umwelttechnik 143

19 Messtechnik 145

Entfernungs-, topographische Messungen 145

Geschwindigkeitsmessungen 148

Holographische Interferometrie 149

Laser-Waffen und Navigation 150

20 Laser-Mikro- und -Nanoskopie 153

Laser-Rastermikroskopie 154

Konfokale Mikroskope 154

Nanoskopie 156

21 Laser in der Analytik 159

LIBS 160

Gas- und Fl_ssigkeitssensoren 161

22 Lidar 163

V Biotechnologie, Medizin, Kunst 167

23 Biophotonik 169

Optische Pinzette 169

Spektroskopische und bildgebende Verfahren 170

Laser-Mikrodissektion 172

Das Laser-Mikroskalpell 173

24 Augenheilkunde 175

Allgemeine Bemerkungen 175

Hinterer Augenabschnitt 176

Vorderer Augenabschnitt 178

25 Dermatologie und Chirurgie 181

Weitere Anwendungen 183

26 Diagnostik, Herstellung von Implantaten 185

27 Restauration von Geb_uden und Kunstwerken 187

Kunstgegenst_nde aus Metall 188

Fresken, _lbilder 188

Modelle, Gravuren 189

Analyse / Herkunft von Kunstgegenst_nden 189

Anhang 191

Physikalische Konstanten, mathematische Abk_rzungen, Symbole 191

Glossar 193

Literaturverzeichnis 199

Stichwortverzeichnis 201