was geschieht wenn ein extrem starker laser auf einen schräg gestellten spiegel strahlt?

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4 Antworten

Grundsätzlich musst du mal unterscheiden ob es ein Spiegel zur Strahlbildung oder eben Teil des zu bearbeitenden Werkstück ist. In einem CO2 Laser ist der Rohstrahl ca. 30 - 40mm im Durchmesser wenn er aus dem Auskoppelfenster austritt. Von dort führt er geschützt in einem Strahlrohr zu einem Umlenkspiegel. Dieser ist aus Kupfer und je nach Anwendung auch mit Molybdän beschichtet. Der Spiegel ist wassergekühlt, da er ja nich zu absolut 100% reflektiert. So kannst du den Strahl über mehrere Spiegel zum Werkstück umlenken bis er zur Optik kommt. Zum Schweißen nimmt man hier fokussierspiegel, zum Schneiden Linsen. Der Strahl verändert auf dem Weg stetig seinen Durchmesser, mal dicker, mal dünner. Das nennt man Kaustik.

Das zu bearbeitenden Werkstück sitzt dann direkt im Brennpunkt, da ist die Energiedichte natürlich wesentlich höher.

Anders bei Festkörperlasern. Auch deren Strahl ist nicht gleich "dünn". Er wird zuerst mit der Kollimation zu einem paralellen Strahl geformt und dann über eine Fokuslinse in die Faser eingekoppelt. Beim Austritt am anderen ende der Faser divergiert der Strahl und muß mit einer Kollimation wieder paralell ausgerichtet werden. Dabei hat er dann einen Durchmesser von 40 - 80mm. Von hier geht es zur Fokuslinse der Optik und dann auf das Werkstück. Hier hast du allerdings nicht einen Fokuspunkt sondern eine Taile, d.h. über eine bestimmte Länge bleibt der Durchmesser gleich bis er wieder divergiert. Du hast also eine Schärfentiefe. Der Durchmesser ergibt sich aus dem Verhältnis von Kollimation zur Brennweite mal dem Faserdurchmesser (im Schnitt 400 oder 600µm).

Jetzt besteht so ein Festkörperlaser (z.b. Diodenlaser) aus mehreren stacks mit unterschiedlicher Wellenlännge (ca. 940 - 1060nm). Diese werden durch ein Spiegelsystem zu einem Strahk gekoppelt, indem ein Spiegel für exakt eine Wellenlänge rund 99.9% Reflektion hat, für die anderen Wellenlängen aber durchlässig ist. Als Beispiel, von links kommen die 940nm, von vorne auf den 45° schräg gestellten Spiegel 980nm. Beide Strahlen gehen gemeinsam in einem Strahl nach rechts ab.

So und jetzt zum springenden Punkt :-) alles was den Laser nicht reflektiert wird erhitzt, somit kannst du auch Spiegel schneiden- zumindest solche die nur für unser Auge sichtbares Licht "spiegeln"

So, sehr viel geschrieben. Ich hoffe ich konnte dir einiges Grundlegende erklären.

Zyogen 05.12.2013, 08:37

Gute Ausführung: DH!

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ghost40 05.12.2013, 20:05

Danke für den Stern !

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Halbwissen-on: Da ein Laser aus gebündeltem Licht besteht und ein Spiegel in der Lage ist, Licht hervorragend zu reflektieren, sollte der Laser ungeschwächt weitergeleitet werden. Ähnlich funktionieren ja auch Linsen und Laser-Laufwerke, in denen praktisch auch nur ein Spiegel im Winkel den Laser weiterleitet.

Könnte mir aber vorstellen, dass das Licht bei sehr unterschiedlichem Hintergrund im Spiegel (viele andere Dinge, die noch gespiegelt werden) gestreut wird. Halbwissen-off :)

mofritzbob 04.12.2013, 12:52

ok was ist dann mit der hitze des lasers? rein von den temperaturen aus gesehen bringt er das glas doch zum scmelzpunkt?! :)

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Zyogen 04.12.2013, 13:56
@mofritzbob

Hitze erzeugt ein Laser nur dann, wenn das Licht nicht reflektiert, sondern absorbiert wird. Denn dann muß die Energie irgendwo hin und es entsteht Wärme. Der Laserstrahl selbst hat überhaupt keine Temperatur, er erwärmt nur das, was er beleuchtet. Das ist so wie mit den Sonnenstrahlen, die auf Deine Haut fallen.

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ghost40 04.12.2013, 14:25
@Zyogen

So ein simpler Vergleich ist mir leider nicht eingefallen :-) Du triffst den Nagel auf den Kopf!

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unlocker 04.12.2013, 13:08

Laserspiegel sind übrigens anders aufgebaut als normale, bei denen ist die spiegelnde Reflektionsschicht an der Oberfläche und nicht hinter Glas. Und bei starken Lasern sind die aus Metall.

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Ein Laser ist nichts anderes als gebündeltes Licht einer bestimmten Wellenlänge.

In Optik haben wir gelernt, dass ein Spiegel Licht reflektiert - wie gut hängt vom Einfallswinkel ab.

Also in der Theorie wird alles Licht und damit alle übertragene Energie reflektiert, wenn der EInfallswinkel flach genug ist und somit bleibt der Spiegel ganz.

Jetzt nehmen wir an, dass du einen unendlich starken Laser hast - in diesem Fall reicht die allerkleinste Abweichung an deinem Spiegel, ein paar Atome an der falschen Stelle, eine nicht wahrnehmbare Veränderung der Oberfläche und du hast Streulicht.

Streulicht wirst du immer haben, aber ab "sehr viel" Ennergie durch einen "sehr starken Laser" wird es dir den Spiegel zerstören

In der Praxis würde ich also sagen: die Technik wird nicht sauber genug funktionieren um die Theorie wahr werden zu lassen

mofritzbob 04.12.2013, 13:14

ein starker laser hat ja nicht nur energie in form von licht er ist ja auch sehr heiß. müsste nicht rein teoretisch die hitze des lasers auf dauer das spiegelglas weit über den schmelz punkt bringen?

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Zyogen 04.12.2013, 13:58
@mofritzbob

Nein, eben das ist genau nicht der Fall: Der Laserstrahl ist einzig und allein Licht. Dieses Licht erwärmt die Fläche, die es beleuchtet - wenn es nicht vollständig reflektiert wird.

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ghost40 04.12.2013, 13:58
@mofritzbob

Der Laserstrahl selbst ist natürlich nicht heiß! Greif mal ein Strahlrohr von einem CO2 Laser an oder eine Lichtleiterfaser von einem Festkörperlaser, die sind nicht mal warm. Heiß wird es nur dort wo der Laserstrahl auftrifft und nicht reflektiert wird. Das sind eben die klassischen Anwendungen wie Laserschweißen oder Schneiden.

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mofritzbob 04.12.2013, 12:59

ja und wie berechne ich ab wie viel energie der spielgel zerstört wird oder eben reflektiert?!

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gerryhard 04.12.2013, 13:04
@mofritzbob

Das kann ich dir natürlich nicht sagen. Ich wollte lediglich deine Frage beantworten, was passiert, wenn ein - extrem starker - Laser auf einen Spiegel trifft. Ab wann ein Laser extrem stark oder einfach nur geeignet ist, einen Spiegel zu beschädigen, kann ich dir leider nicht sagen.

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