LASER
Inhaltsverzeichnis
Wie erzeugt ein Laser ein 'Lichtbündel ?'
So schaukelt sich der Laser selbst auf
Die Anwendung des Laser - Vom Diamantbohrer zur Laserkanone
Die 'friedliche' Anwendung des Laser
Ein Laser ist grob gesagt ein 'Energieumwandler für elektromagnetische
Schwingungen im Bereich der Lichtwellen'. Ein Laser strahlt Licht aus.
In Grundzügen kann man die Funktionsweise eines Lasers mit der einer Glühlampe
vergleichen:
Dem Glühfaden der Glühlampe wird elektrische Energie zugeführt. Die Metallatome
des Glühfadens laden sich mit dieser Energie auf, d.h. sie treten in einen höheren
Energiezustand und geben diese Energie in Form von Lichtteilchen
(sogenannten Quanten oder Photonen) wieder ab. Danach kehren sie in ihren
energieärmeren Zustand zurück.
Jedes Atom sendet bei dieser Energieänderung seine Photonen unabhängig von den
anderen Atomen aus. Ergebnis: Es entstehen Lichtwellen mit ganz
unterschiedlichen Wellenlängen (Frequenzen). Diese Frequenzen nehmen das
gesamte Spektrum des sichtbaren Lichtes ein. Das Gemisch aller Farben im
Bereich des sichtbaren Lichtes empfindet unser Auge als weiß. Die Glühlampe
erzeugt durch die Energiezufuhr Lichtwellen, die sich nach allen Seiten
ausbreiten, ganz im Gegensatz zum Laser.
Der erste Unterschied zwischen Glühlampe und Laser besteht darin, daß der Laser
ein (nahezu) paralleles Lichtbündel erzeugt (d.h. alle Lichtstrahlen werden in
die gleiche Richtung ausgesendet), das nur aus einer einzigen Farbe besteht (es
ist 'monochromatisch'). Die Wellenlänge dieses vom Laser
ausgesandten Lichtbündels variiert von infrarot bis ultraviolett. Die einzelnen
Wellen dieses parallelen Lichtbündels schwingen zusammenhängend (sie sind 'kohärent').
Die Intensität der Strahlung ist zudem viel höher als bei normalem Mischlicht.
Wie erzeugt ein Laser ein
'Lichtbündel' ?
Ein bestimmter Stoff, z.B. ein Rubinkristall, wird durch Bestrahlung von
außen dazu angeregt, seinerseits besonders starke Lichtwellen auszusenden.
Durch diese Eigenschaft hat das Verfahren auch seinen Namen:
LASER ist die Abkürzung für 'Light Amplification by Stimulated Emission
of Radiation', was übersetzt 'Lichtverstärkung durch künstlich
angeregte Aussendung von Strahlung' bedeutet.
In einem Rubinlaser ist eine sehr helle Quecksilberdampflampe installiert. Der
Rubinkristall wird von dieser Lampe 'umschlossen'. Mit der
Quecksilberdampflampe werden sehr helle Lichtblitze erzeugt.
Durch dieses Blitzlicht werden die im Rubinkristall enthaltenen Chromatome mit
Energie aufgeladen.
Diese aufgeladenen Chromatome geben nun Photonen ab, die sich in Richtung auf
die beiden Enden des Rubinkristalls in Bewegung setzen. Die eine Seite des
Rubinkristalls ist vollverspiegelt, die andere Seite ist teilverspiegelt. Die
'abgeschossenen' Photonen prallen nun auf die Verspiegelungen am Ende
des Kristalls und werden 'zurückgeschleudert'. Dieses Verfahren wird 'optisches
Pumpen' genannt. Es entsteht eine Art Kettenreaktion: Immer mehr
Chromatome werden angeregt, ihre Photonen (Lichtquanten) abzugeben. Dadurch
fliegen weitere Lichtteilchen durch den Rubinkristall. Der Lichtstrahl wird
immer mehr verstärkt. Wenn der Strahl eine bestimmte Kraft (Intensität)
erreicht hat, 'schießt' er durch die teilverspiegelte Strinfläche als
dunkelroter (beim Rubinlaser), gleichschwingender Lichtstrahl nach außen.
So schaukelt sich
der Laser selbst auf
In einem normalen Material, zum Beispiel einem Gas, befinden sich fast alle
Atome oder Moleküle im Grundzustand. Nur wenige Teilchen, die zufällig durch
einen Stoß oder ein einfallendes Photon angeregt wurden, sind in einem höheren
Energiezustand. Am Gesamtzustand des Materials ändert das praktisch nichts.
Wird das Gas mit Energie 'vollgepumpt', befinden sich fast alle Teilchen
im angeregten Zustand. Man nennt dies eine 'Inversion'. Sie fallen
nach einiger Zeit wieder spontan in den Grundzustand zurück und senden dabei
jeweils ein Photon aus - unregelmäßig und nach beliebigen Richtungen: Das Gas
leuchtet wie in einer Neonröhre.
In Laser wird die Inversion gezielt 'abgeräumt': Die Spiegel an den
Enden (der rechte ist halbdurchlässig) werfen die abgegebenen Photonen hin und
her - sie treffen auf angeregte Teilchen und regen diese zur Abgabe weiterer
Photonen an. Nur die, die senkrecht zu den Spiegeln fliegen, werden verstärkt,
alle anderen entweichen seitlich.
Die Stärke eines solchen Laserstrahls variiert von Bruchteilen eines Milliwatt
bis zu gewaltigen Megawatt-Lasern (1 Megawatt = 1000 Kilowatt) des Militärs.
Es gibt zwei unterschiedliche 'Austrittsarten' eines Lasers. Zum
einen wäre da der 'Impulslaser' ('gepulster Laser')
zu nennen, der seine Energie in kurzen Lichtbündeln 'abschießt'. Auf
der anderen Seite gibt es den 'Dauerstrichlaser', der kontinuierlich
ein Lichtbündel aussendet.
Das aktive Medium eines Lasers kann ein Gas, eine Flüssigkeit
oder ein Feststoff sein.
Vom Maser zum Laser
Bereits im
Jahre 1917 erklärte der Physiker Albert Einstein, daß ein
'Aufladevorgang' (Physiker nennen das eine 'Induzierte
Emission'), wie er beim später entwickelten Laser stattfindet, möglich
sein müsse.
Die Wissenschaftler R. Ladenberg und H. Kopfermann verwendeten bei ihren
'Aufladeversuchen' im Jahre 1927 verschiedene Gase.
Die erste Lichtverstärkung gelang dem sowjetischen Physiker W.A. Fabrikant im
Jahre 1940. Der nächste Schritt in der Laserentwicklung gelang dem
deutsch-französischen Physiker Alfred Kastler 1950. Er entwickelte das System
des 'optischen Pumpens': Kastler bestrahlte Atome mit Licht solcher
Frequenz, das von den Atomen absorbiert ) werden konnte. Die Atome gerieten in
einen höheren Energiezustand und gaben das 'aufgesaugte' Licht dann
verstärkt ab. Kastler machte einen Teil seiner Versuche mit sichtbarem Licht,
experimentierte zusätzlich aber auch mit Radiowellen.
Die durch die Bestrahlung mit Radiowellen erfolgte Mikrowellenverstärkung wurde
später unter der Bezeichnung MASER bekannt. MASER ist die
Abkürzung für 'Microwave Amplification by Stimulated Emission
of Radiation', was übersetzt 'Mikrowellenverstärkung durch
künstlich angeregte Aussendung von Strahlung' bedeutet. Heutzutage
wird der Maser hauptsächlich beim Nachrichtenverkehr mit Erdsatelliten, in
radioastronomischen Empfangsanlagen und bestimmten Richtfunkanlagen als Verstärker
verwendet. Der Maser wird zusätzlich auch für den Betrieb von Atomuhren und als
Generator für Millimeterwellen verwendet.
Verantwortlich für die Entwicklung des Masers waren u.a. die amerikanischen
Physiker Charles Hard Townes, Arthur Leonard Schawlow und H.J. Zeiger. Sie
beschäftigten sich, von der Radartechnik ausgehend, mit dem Bau von
Mikrowellenlasern.
Das Maser-Prinzip wurde 1951 von Townes formuliert. Townes verwendete
Ammoniakmoleküle. Er bestrahlte diese Moleküle mit einer Mikrowelle, deren
Frequenz mit der Eigenfrequenz der Ammoniakmoleküle übereinstimmte.
Durch diese Bestrahlung wurden die Moleküle in einen höheren Energiezustand
versetzt, die ihre Strahlung dann wieder verstärkt abgaben. Es entstand also
eine Mikrowelle mit sehr hoher Intensität. Im Jahre 1953 war dann auch der
erste in den USA entwickelte Gasmaser fertig.
Zeitgleich wurde auch in der Sowjetunion fieberhaft am Maser-Prinzip
gearbeitet. Die Experimentierergebnisse der Russen waren den Amerikaner sehr
hilfreich bei ihrer eigenen Maserentwicklung. Die Entwicklung des Masers ging
aber noch weiter. Townes entwickelte nach seinem Gasmaser Ende der fünfziger
Jahre den ersten Festkörpermaser als Molekularverstärker.
1957 entwickelten auch die Wissenschaftler in der UdSSR den ersten
Festkörpermaser. Während dieser Zeit war Townes in den USA an der
Columbia-Universität schon mit der Laserentwicklung beschäftigt.
Seit 1957 hatte Townes die Idee, im Maser statt Mikrowellenbestrahlung eine
Lichtbestrahlung zu verwenden. Diese erste Theorie des Lasers, die 1958
erschien, wollte Townes sich nun patentieren lassen. Dabei gab es allerdings
ein Problem für ihn: Der Atomphysiker Gordon Gould hatte sich ebenfalls mit der
Theorie eines Lasers beschäftigt und bereits 1957 Aufzeichnungen über seine
Versuche beim Notar hinterlegt. Es kam zu einem endlosen Rechtsstreit, der erst
1977 mit einem Teilerfolg für Gould endete. Doch war es eben nur ein
Teilerfolg, denn bereits 1960 wurde der Laser für Townes und Schawlow patentiert
- oder besser gesagt: die Laseridee. Denn bis jetzt war es eben eine bloße
Theorie, gebaut wurde der Laser bis zu diesem Zeitpunkt noch nicht.
Zahlreiche Forscher 'stürzten' sich auf das Laser-Projekt. Der erste
funktionierende Rubinlaser wurde jedoch nicht von einer großen Universität
entwickelt sondern vom amerikanischen Physiker Theodore Harold Maiman in einem
kleinen Nebenlabor der Hughes Aircraft Company. Dieser Rubinlaser wurde 1960
präsentiert, im gleichen Jahr also, in dem das Patent an Townes und Schawlow
vergeben wurde.
Heutzutage gibt es drei Typen von Lasern, die den Markt
'beherrschen'.
Neben dem Festkörperlaser, den Maiman mit seinem Rubinlaser verwirklicht
hatte, gibt es noch den Gaslaser und den Halbleiterlaser.
Die drei Laser unterscheiden sich in der Art des aktiven Mediums, also des
Teils, der mit Energie 'vollgepumpt' wird und in der Art und Weise
der Anregung.
Als aktives Medium im Festkörperlaser eignen sich bestimmte Kristalle oder
Glas, die mit lichtverstärkenden Atomen angereichert sind. Als Beispiel ist
hierbei der Rubinkristall zu nennen, der Spuren von Chrom enthält.
Der bekannteste Festkörperlaser ist der Rubinlaser, der ein rotes
Laserlicht ausstrahlt.
Neben dem Rubinlaser ist in erster Linie der Neodym-Glaslaser
(Aluminiumoxidkristall) zu nennen, in dessen Glas (dem Feststoff) ca. 1%
Neodym-Ione eingeschlossen sind. Der Neodym-Laser sendet ein infrarotes Licht
aus.
Ein weiterer Laser, der mit einem Festkörper als aktivem Medium arbeitet, ist
der Yttrium-Aluminium-Granat-Laser, abgekürzt YAG-Laser.
Festkörperlaser gehören zur Gruppe der Impulslaser, die durch intensive
Lichtblitze (z.B. durch eine Quecksilberdampflampe) angeregt werden und
ihrerseits dann wiederum verstärkte Lichtblitze aussenden. Einsatzgebiete des
Festkörperlasers sind z.B. das Bohren sehr kleiner Löcher, das Schneiden,
Schmelzen und Verdampfen. Bei mehrstufiger Verstärkung und Energiespeicherung
wird aus dem Festkörperlaser ein Riesenimpulslaser, mit dem eine Ausgangsleistung
von ca. 100 Millionen Kilowatt erreicht werden kann.
Dieser 'Riesenenergieschub' steht aber nur für den Bruchteil einer
Millisekunde zur Verfügung.
Der nächste Laser ist der sogenannte Gaslaser.
Gaslaser enthalten als aktives Medium ein Edelgas, Metalldämpfe oder
Molekülgase.
Angeregt wird das Gasmedium durch optisches Pumpen (= Lichtblitze) oder durch
Anlegen einer elektrischen Hochspannung, die dann, ähnlich wie in einer
Neonröhre (Leuchtstoffröhre), die Gasentladung erzeugt.
Der Gaslaser gehört in die Gruppe der Dauerstrichlaser.
Ein Gaslaser ist z.B. der Helium-Neon- oder der Argonlaser. Der
Helium-Neon-Laser sendet ein rotes Licht aus, während der Argon-Laser ein
blaues bis grünes Licht aussendet.
Eine wesentlich höhere Leistung als diese beiden Laser hat der Kohlendioxidlaser
(CO2-Laser), der ein infrarotes Licht aussendet. Der Kohlendioxidlaser wird
vor allem für energieaufwendige Schneideaufgaben verwendet. Die
leistungsschwächeren Gaslaser werden dagegen häufig in Präzisionsgeräten für
berührungsfreies Messen eingesetzt. Das Einsatzgebiet reicht dabei z.B. von der
Dickenkontrolle von Walzblech bis zur Überwachung der Schwebehöhe von
Magnetschwebebahnen.
Die ersten Gaslaser gab es 1961. Sie wurden von den drei Physikern A.Javan,
W.R.Bennett und D.R.Herriott entwickelt.
Die einfache Gasentladung im Laser dauert nur sehr kurze Zeit. Aus diesem Grund
ist ein Gaslaser meistens ein 'Impulslaser', der kurze Lichtstöße
aussendet. Man kann jedoch mit starken Radiowellen aus dem Impulslaser einen
Dauerstrichlaser machen.
Als dritte Lasergruppe ist die Gruppe der Halbleiterlaser zu nennen.
Die ersten Halbleiterlaser wurden 1962 erprobt. Das aktive Medium ist in diesem
Fall ein Halbleiterkristall, z.B. aus Gallium-Arsenid (GaAs-Laser).
Dabei macht man sich den Positiv-Negativ-Übergang (pn-Übergang) des Halbleiters
zu nutze. Positiv-Negativ-Übergang bei Halbleitern bedeutet grob gesagt
folgendes:
Liegt der n-Halbleiter am Minuspol und der p-Halbleiter am Pluspol, so kann ein
Strom fließen; wird die Polung vertauscht, so wird der Stromfluß unterbrochen.
Betrieben werden kann der Halbleiterlaser mit Gleichstrom. Diese Eigenschaft
ist entscheidend für den Einsatz des Halbleiterlasers in der
Nachrichtenübertragung (als Laserdiode).
Ein großer Vorteil des Halbleiterlasers ist die Möglichkeit, ihn ohne
Konstruktionsprobleme nur staubkorngroß bauen zu können. Sein hoher
Wirkungsgrad bleibt dabei erhalten.
Vorteilhaft ist auch, daß der Halbleiterlaser im Dauerstrich- und im
Impulsbetrieb betrieben werden kann. Halbleiterlaser findet man heutzutage z.B.
in CD-Playern (Die Funktionsweise eines CD-Players wird am Ende des Textes
erläutert). Den Halbleiterlasern werden die größten Zukunftschancen eingeräumt.
Vom Diamantbohrer zur Laserkanone
Das Anwendungsgebiet des Lasers ist weit gestreut.
Eines der ersten Aufgabengebiete eines Lasers war z.B. das Bohren winziger
Löcher in Uhrensteine eines schweizer Uhrenherstellers. Mit dem verwendeten
Festkörperlaser war es möglich, stündlich vollautomatisch 20.000 Bohrungen
durchzuführen, ein Mehrfaches von dem, was konventionelle Maschinen erreichten.
Gaslaser mit Dauerstrichbetrieb fanden und finden Anwendung im Tunnelbau (z.B.
bei U-Bahnen oder dem Eurotunnel). Die Laser lenken riesige Bohrmaschinen
'schnurgeradeaus' durch die Erde.
Auch als Meßgerät finden Laser vielfach Verwendung. Z.B. werden Dicken,
Entfernungen und Geschwindigkeiten berührungslos mit dem Laserstrahl gemessen.
Das Prinzip ist ganz einfach: Der auf die Oberfläche des zu vermessenden
Objekts gerichtete Laserstrahl wird reflektiert (z.B. mit Hilfe eines Spiegels)
und von einer Fotodiode wieder aufgefangen. Jetzt wird die Laufzeit des Strahls
ermittelt und daraus die Entfernung berechnet. Ein berühmtes Beispiel hierfür
ist die Vermessung der Strecke Erde-Mond: Die Astronauten der Apollo-11-Mission
stellten bei ihrem ersten historischen Mondbesuch 1969 einen Laserreflektor auf
dem Mond auf, der am 01.August 1969 von einem Riesenimpulslaser, der in
Kalifornien stand, angepeilt wurde. Nach knappen 21/2 Sekunden wurde der
reflektierte Laserstrahl wieder aufgefangen. Seit diesem Tage ist die
Entfernung Erde-Mond, bis auf 20 cm genau, bekannt.
Lasertechnik wird in immer größerem Umfang auch in der Medizin eingesetzt.
Statt mit mechanischen Geräten werden Zähne heute mit Lasern gebohrt. Auch
abgelöste Augen-Netzhäute können mithilfe eines Lasers wieder
'angeschweißt' werden.
Auch im Umweltschutz hat der Laser Einzug gehalten. Mit Lidar-Geräten
(Lasergeräte nach dem Radarprinzip) werden Staub-, Dunst- und Wolkenschichten
jeder Art geortet. Dadurch können z.B. Luftverschmutzer entlarvt werden.
In der Kernenergie sollen Superlaser mit Strahlungsleistungen um eine Milliarde
Kilowatt helfen, das Problem der kontrollierten Kernfusion zu lösen und damit
in Zukunft ermöglichen, 'saubere' Kernkraftwerke zu bauen.
Nach Meinung von Fachleuten wird das in der Zukunft bedeutendste
Anwendungsgebiet von Lasern die Nachrichtentechnik sein. Zur Datenübermittlung
in Lichtwellenleitern, sogenannten Glasfasern (siehe Teil 2 des Textes), werden
Laserdioden eingesetzt.
Ein großes Laser-Anwendungsgebiet ist die Waffentechnik. Wenn man den Begriff
'Laserkanone' hört, so denkt man meistens an Science-Fiction-Filme,
wie z.B. StarTrek - Raumschiff Enterprise/Voyager oder an die StarWars-Trilogy.
Doch auch in der Gegenwart werden Laserwaffen bereits eingesetzt:
Laser-Zieleinrichtungen und Entfernungsmeßgeräte, Laser-Ortungsgeräte und
Nachrichtenübermittlungsgeräte gibt es heutzutage schon (z.B. in Kampfpanzern,
FlaRakPanzern, usw.). Ein Waffenbeispiel für Lasertechnik gibt es aus den USA:
Dort wurde ein Landepanzer für die Marine entwickelt, der mit einem 400.000
Watt Laser ausgerüstet war. Der Panzer war mit einer Panzerabwehrrakete vom Typ
TOW bestückt, die nun mit Hilfe des Lasers 'punktgenau' ins Ziel
gesteuert werden konnte.
Auch in Kampfflugzeugen wird die Lasertechnik eingesetzt, wie man es z.B. im
Krieg der USA gegen den Irak sehen konnte. Die Rakete steuerte auf einem
'Laserleitstrahl' genau ins gegnerische Ziel.
In New Mexico (USA) gibt es seit 1982 ein Testgelände für eine Laserkanone mit
2,2 Millionen Watt Leistung.
Ein bekanntes Beispiel für den Einsatz des Lasers als Waffe ist das 1983 vom
US-Präsidenten Ronald Reagan gestartete Programm zur Errichtung eines 'Schutzschildes
im Weltraum'. Bekannt wurde dieses Projekt als 'Strategic
Defense Initiative' (SDI).
Für den Einsatz als Abwehrwaffe gab es 1987 vier Laserarten, die dafür geeignet
schienen. Diese Laser waren in der Lage, während der Antriebsphase einer Rakete
(vom Abschuß der Rakete bis zum Lösen der Flugkörper von der Antriebsrakete)
diese durch einen Laserschuß zu zerstören.
Einer dieser vier Laser war der 'chemische Laser'. Er erreicht
seine Strahlung durch die Reaktion zweier Gase (z.B. Wasserstoff & Fluor).
Er ist ein Dauerstrichlaser mit einer Leistung von mehr als einem Megawatt (103
Kilowatt). Um diesen Laser als Abwehrwaffe gegen Raketen einsetzen zu können,
wäre allerdings mindestens die 20-fache Leistung erforderlich.
Der zweite Laser war der sogenannte 'Excimer-Laser', der Licht
erzeugt, das in rasch aufeinanderfolgenden Impulsen ausgesendet wurde. Einer
der stärksten Laser dieser Art war der Krypton-Flourid-Laser. Doch auch
er war als Abwehrwaffe untauglich, da er statt einer mehrere Millisekunden
dauernden Aussendung von mindestens 100 Megajoule nur etwa 1 Mikrosekunde lang
10 Kilojoule erzeugen konnte.
Als nächstes überlegte man, ob der 'Freie-Elektronen-Laser'
als Raketenabwehr geeignet wäre.
Der 'Freie-Elektronen-Laser' funktionierte nach folgendem Prinzip:
Ein Elektronenstrahl wird durch ein magnetisches Wechselfeld (die Pole werden
andauernd 'vertauscht') gelenkt. Durch die ständigen
Magnetfeldänderungen werden die bewegten Elektronen in Schwingungen versetzt.
Dadurch wird elektromagnetische Strahlung ausgesendet. Die Strahlung konnte man
beim 'Freie-Elektronen-Laser' durch Variation der Magnetfeldänderung
auf jede beliebige Wellenlänge einstellen.
Auch dieser Laser war als Abwehrwaffe nicht zu gebrauchen, da er bei einer
vorausgesetzten Wellenlänge von einem Mikrometer eine Mindestleistung von ca. 1
Gigawatt (1 Million Kilowatt) hätte bringen müssen. Die Wellenlänge von einem
Mikrometer war unbedingt notwendig, da es in diesem Bereich keine atmosphärische
Absorption gegeben hätte. Das wiederum war wichtig, da die Laserkanone ja durch
die Atmosphäre geschossen hätte.
Bei einer Wellenlänge von einem Mikrometer lag die Spitzenleistung jedoch bei
nur 1000 Kilowatt. Also war somit auch der 'Freie-Elektronen-Laser'
ungeeignet.
Der vierte Laser, den man verwenden wollte, war der
'Röntgen-Laser'.
Ein nuklearer Sprengsatz wird zur Explosion gebracht, die das Freiwerden von
Röntgenstrahlen verursacht. Röntgenstrahlung ist viel energiereicher als
elektromagnetische Strahlung und wäre somit zur Abwehr von Raketen sehr
geeignet gewesen.
Bei der Entwicklung des Röntgenlasers trafen die Wissenschaftler jedoch auf
viele Probleme, so daß an dieser Technologie heutzutage immer noch geforscht
wird.
Bis heute gibt es (wahrscheinlich) noch kein ausgereiftes Raketenabwehrsystem
auf Laserbasis.
Ein Problem ist, einen genügend starken Laser zu entwickeln, der die benötigte
Energie leisten kann.
Viel entscheidender ist jedoch das Problem, den Laserstrahl in sein Ziel (in die
feindliche Rakete) zu lenken. Zu diesem Zweck benötigt man Spiegel mit einem
Durchmesser von 10 bis 40 Metern. Bis heute liegt die Durchmessergrenze jedoch
bei ca. 8 Metern.
Problematisch ist dabei nämlich, daß so ein großer 40-Meter-Spiegel schnell und
vor allem präzise steuerbar sein muß, um auf beweglich Ziele ausgerichtet
werden zu können.
Die 'friedliche' Anwendung
des Laser
Ein 'friedliches' Anwendungsgebiet eines Lasers findet man im
Unterhaltungselektronik- und im EDV-Bereich.
Dort gibt es viele Geräte, die mit einem Laser arbeiten:
Laserdrucker, CD-ROM-Laufwerke, Magneto-Optical-Disc (MO),
Digital-Versatile-Disc (DVD), CD-Brenner und Audio-CD-Player.
Zwei Geräte möchte ich hier etwas genauer in ihrer Funktion beschreiben und
zwar
1.
den Laserdrucker
2. das CD-ROM-Laufwerk
(stellvertretend
für CD-Brenner, MO, DVD und Audio-CD)
Die zu druckenden Daten (Zeichen und Grafiken) werden mit Hilfe eines
Laserstrahls auf eine lichtempfindliche Schicht, die sich auf einer rotierenden
Trommel befindet, projiziert (Fotoleitertrommel)
An den vom Laser belichteten Stellen werden in der Entwicklerstation
Tonerpartikel freigesetzt. Anschließend wird das Papier an der
Fotoleitertrommel vorbeigeführt. Die Tonerpartikel auf der Fotoleitertrommel
werden nun auf das Papier übertragen. Das Papier wird im Vorheizsattel auf
mehrere 100 C erhitzt und läuft danach durch die Fixierwalzen, in denen der
heiße Toner durch Druck in das Papier eingebrannt wird.
Die Fotoleitertrommel wird nun an der Entladestation entladen und an der
Reinigungsstation gereinigt.
Nachdem die Fotoleitertrommel am Ladecorotron 'vorbeigelaufen' ist,
kann sie wieder neue Druckdaten aufnehmen.
Laserdrucker gehören zu den Seitendruckern, d.h., daß immer eine
komplette Druckseite in den Druckerspeicher übertragen werden muß. Ein
'Teilladen' einer Druckseite, wie z.B. bei Matrix- oder
Tintendruckern, ist nicht möglich.
CD ist die englische Abkürzung für Compact Disc. Eine CD ist eine
einseitig in digitaler Form bespielte Festspeicherplatte.
Die Compact Disc besteht aus einer Kunststoffscheibe von 12 cm Durchmesser und
1,2mm Dicke. Da die Daten in digitaler Form (binär, 1 und 0) gespeichert sind,
besitzt eine CD eine viel bessere Abspielqualität als eine herkömmliche
Langspielplatte, auf der die Informationen analog gespeichert sind. Bei der
Wiedergabe einer CD entfällt z.B. das von den LPs bekannte 'Knacken und
Rauschen'.
Die Toninformationen auf der CD sind unterhalb einer transparenten Schutzschicht
der mit einer reflektierenden Aluminiumschicht bedampften CD-Oberfläche als
digitale Signale in Form von einer dichten Folge mikroskopisch feiner Pits
abgespeichert. Als Pit bezeichnet man eine in diese CD eingebrannte
Vertiefung mit einer Tiefe von 0,1 µm, einer Breite von 0,5
µm und einer Länge von 1 µm. Diese Pits werden entweder in
die CD gepreßt, z.B. bei der Massenproduktion von CDs, oder sie werden von
einem Laserstrahl eingebrannt, wie es bei den jetzt aktuellen CD-Brennern der
Fall ist.
Die Pits sind wie auf einer Schallplatte spiralförmig angeordnet, laufen aber
im Gegensatz zur LP von innen nach außen.
Die Informationen, die auf eine CD gespeichert werden sollen, müssen vorher in
eine 14- bis 16-stellige Binärkombination umgewandelt werden.
Beim Abspielen der CD werden die digitalen Informationen mit Hilfe eines optoelektronischen
Tonabnehmersystems gelesen. Die Pits werden berührungslos mit einem
fokussierten Lichtstrahl eines Halbleiterlasers abgetastet; so werden z.B. die
gespeicherten Musikinformationen über einen Digital-Analog-Wandler
(D/A-Wandler) in Stereosignale rückgewandelt.
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