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Mar 27, 2024

Neue Elektronik

Lesen Sie den Artikel, um herauszufinden, wie häufig Laser in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden. Lasertechnologie wird häufig in einer Vielzahl industrieller und medizinischer Geräte eingesetzt, aber auch in Geräten wie z

Lesen Sie den Artikel, um herauszufinden, wie häufig Laser in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden.

Lasertechnologie wird häufig in einer Vielzahl industrieller und medizinischer Geräte eingesetzt, aber auch in Geräten, die in fast jedem Haushalt zu finden sind. Glasfasernetze, Laserdrucker, Laserthermometer, CD-ROM/DVD-Laufwerke oder Barcodeleser – alle diese Geräte sind mit Lasern ausgestattet. Normalerweise fragen wir uns nicht, wie ein Laser funktioniert oder warum er in ein Gerät eingebaut wurde, aber dieses Thema ist auf jeden Fall eine Überlegung wert, da es wirklich interessant ist.

Die Ursprünge eines Laserstrahls reichen bis ins Jahr 1960 zurück, obwohl sein theoretisches Modell viel früher entwickelt wurde, nämlich im Jahr 1917. Damals kam der berühmte Wissenschaftler Albert Einstein zu dem Schluss, dass einige der kleinsten Materieteilchen, also angeregte Atome, dazu in der Lage sind Licht aussenden. Zu diesem Zeitpunkt verfügten die Wissenschaftler jedoch noch nicht über die Technologie, mit der sie die Richtigkeit von Einsteins Theorie bestätigen konnten. Der Durchbruch gelang erst viele Jahre später, nämlich im Jahr 1954, als es drei amerikanischen Wissenschaftlern (Charles Towneson, James Gordon und Herbert Zeiger) gelang, das Atom zur Emission von Mikrowellen zu zwingen. Dies führte zur Entwicklung des ersten Maser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation), also eines Geräts, das einen starken, kontrollierbaren Mikrowellenstrahl aussendet. Dieser Erfolg regte Forscher auf der ganzen Welt dazu an, weitere Experimente durchzuführen. Der erste Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) wurde 6 Jahre später entwickelt. Der erste Mensch, der das Atom dazu zwang, sichtbares Licht auszusenden, war Theodore Maiman, ein amerikanischer Wissenschaftler. Die Ära der Laser begann mit dem Aufflammen einer leistungsstarken Blitzlichtlampe mit einem chromdotierten Aluminiumoxidkristall (Rubin) im Inneren.

Die einfachste, aber auch ungenaueste Antwort auf diese Frage ist, dass ein Laser leuchtet. Wenn der Laser jedoch leuchtet, warum ist es dann so, dass Sie beim Aktivieren eines Laserpointers in einem Klassenzimmer oder Konferenzraum nur einen einzigen Punkt auf dem Bildschirm sehen können und der Laser nicht den gesamten Raum beleuchtet? Der Hauptunterschied zwischen einer gewöhnlichen Glühbirne und einem Laser liegt in der Fokussierung des Lichts. Bei ersterem werden Photonen gestreut und bewegen sich in alle Richtungen, weshalb eine Glühbirne einen dunklen Raum erhellen kann. Bei einem Laser ist es genau umgekehrt: Das Licht wird an einem einzigen Punkt gebündelt und erzeugt einen Strahl, in dem sich die Photonen nahezu parallel zueinander bewegen. Aus diesem Grund können wir beim Aktivieren eines Lasers nur einen kleinen Punkt sehen, der durch fokussiertes Licht beleuchtet wird.

Um den Laserbetrieb zu visualisieren, stellen Sie sich einen kleinen, innen mit Spiegeln bedeckten Kasten vor, in dem mehrere Photonen eingeschlossen sind. Diese Partikel wandern ständig durch das Innere der Box und prallen von den Spiegeln ab. Bei jedem solchen Aufprall wird ein Teil der Energie freigesetzt, der eine exakte Kopie des Photons darstellt. Mit jeder Reflexion nimmt die Anzahl der Lichtteilchen zu, bis sie einen kritischen Punkt überschreitet. Dann durchdringen die Photonen die Wand der Box und erzeugen einen Lichtstrahl mit sehr interessanten Eigenschaften.

Heutige Laser basieren hauptsächlich auf Laserdioden, die auf dem oben beschriebenen reflexionsbedingten Phänomen basieren. Laserdioden ähneln ein wenig den klassischen LEDs. Allerdings gibt es zwischen den beiden Bereichen ein Element ähnlich einer Resonanzkammer für die freigesetzten PhotonenHalbleiter vom N- und P-Typ . Es handelt sich um einen mehrschichtigen „Kasten“, der Lichtteilchen ganz oder teilweise reflektieren kann, sodass sie schließlich zu einem einzigen Strahl konzentriert werden.

Aufgrund ihrer Eigenschaften werden Laser häufig in elektronischen Anwendungen eingesetzt. Viele Geräte und Komponenten basieren auf dem Phänomen der Mehrfachreflexion von Lichtwellen, dessen Beschreibung im Folgenden dargestellt wird:

Wenn wir an einen Laser denken, denken wir meist an eine gewöhnliche Laserdiode. Sein Design wurde bereits beschrieben, aber es ist wichtig zu wissen, dass jedes dieser Elemente durch einen Leistungsparameter definiert ist, der die Helligkeitsbewertung des Lasers bestimmt. Es gibt Dioden mit einer Nennleistung von 5 mW oder sogar 115.000 mW. Hierbei ist unbedingt zu beachten, dass auch Laser geringer Leistung gesundheitsgefährdend sein können. Auf keinen Fall dürfen Sie einen Lichtstrahl direkt in Ihre Augen richten, da dies zu einer irreversiblen Schädigung Ihrer Sehkraft führen kann.

ADL-80Y04TLLaserdiode: ADL-63102TL-3

Laserdioden strahlen in der Regel rotes Licht aus, es sind aber auch Infrarot-Ausführungen erhältlich. Sie sind normalerweise in TO9-, TO18- und TO56-Gehäusen untergebracht, die für die Durchsteckmontage (THT) ausgelegt sind.

FP-D-650-1-CF

Lasermodul: FP-D-650-1-CF

Neben gewöhnlichen Laserdioden gibt es auch fertige Module, die Laserstrahlen aussenden. Sie sind mit einer Diode und zusätzlichen elektronischen Schaltkreisen ausgestattet, um eine ausreichende Steuerung zu gewährleisten. Lasermodule werden üblicherweise als zylindrische Bauteile in verschiedenen Größen ausgeführt. Darüber hinaus sollte auf Parameter wie Leistung, Versorgungsspannung, Farbe und sogar die Art des emittierten Strahls geachtet werden. Dank der optischen Köpfe emittieren Lasermodule einen klassischen, geraden Lichtstrahl, aber auch Strahlen in Form von Ellipsen, Kreuzen und Lichtlinien. Derartige Komponenten werden häufig in industriellen Automatisierungssystemen eingesetzt, insbesondere zum Aufbau von Lichtschranken.

Auch die Glasfaserverkabelung ist mit der Lasertechnik verbunden. Dies ist nur natürlich, da beide Lösungen auf ähnlichen Funktionsprinzipien basieren. Ein Glasfaserkabel ist eine halbtransparente Glasfaserstruktur, die die Übertragung von Licht ermöglicht und als Informationsträger dient. Die Lichtquelle, die diese Informationen trägt, kann aus einer Laserdiode (siehe oben) oder (in manchen Fällen) einer klassischen LED bestehen. Beachten Sie bei der Auswahl eines Glasfaserkabels, dass dessen Aufbau nicht völlig universell ist, sondern an eine bestimmte Übertragungsart angepasst werden muss.

FIBRAIN-PIG-001Glasfaser-Pigtail: FIBRAIN-PIG-001

HG-C1200-PAbstandssensor: HG-C1200-P

Laser-Abstandssensoren sind Geräte, deren Funktionsweise ebenfalls auf einem Laserstrahl basiert. Diese kleinformatigen Bauteile werden im industriellen Bereich häufig als Steuerelemente für Maschinenbaugruppen eingesetzt. Ihr Funktionsprinzip ist recht einfach. Sie senden einen Lichtstrahl aus, der, wenn er von einem erkannten Objekt reflektiert wird, ein fotoelektrisches Element erreicht, das wiederum ein korrektes Signal an eine SPS usw. sendet. Typischerweise sind ein Lichtsender und ein Lichtempfänger in einem einzigen Gehäuse untergebracht, aber es gibt auch solche auch Ausführungen, bei denen diese Komponenten getrennt sind. Eine solche Lösung ermöglicht es beispielsweise, ein LCD-Modul zu erkennen, das während seiner Bewegung in der Produktionslinie einen vom Sender ausgesendeten Laserstrahl unterbricht.

Lasersensoren zeichnen sich durch eine Reihe von Parametern aus, zReichweite, Ausgangskonfiguration, Betriebsarten, Gehäusetyp , Frequenz, Dichtheitsklasse oder Gehäusematerial. Jeder dieser Faktoren muss bei der Auswahl eines richtigen Sensors berücksichtigt werden.

Zu den Elementen, die einen Lichtstrahl erkennen können, gehören Fotodioden. Hierbei handelt es sich um kleine Halbleiterelemente, die in Gehäusen mit einer transparenten Wand untergebracht sind, sodass das Laserlicht direkt auf den Siliziumkern des Elements fallen kann. Ähnlich wie andere Dioden basiert eine Fotodiode auf einem PN-Übergang, der das auf sie gerichtete Licht absorbiert. Dadurch wandern Elektronen zum Leitungsband und erhöhen so den durch das Element fließenden Strom.

BPW20RFFotodiode: BPW20RF

Fotodioden werden sowohl im THT-Gehäuse (Through-Hole Assembly) als auch im SMD-Gehäuse (Surface Mounted) entwickelt. Einige Parameter, die für diesen Diodentyp wichtig sind, müssen erwähnt werden, nämlich Empfindlichkeit (Wellenlänge in einem Punkt), Blickwinkel, Ein-/Ausschaltgeschwindigkeit und Leistung.

FLK-62MAXPyrometer: FLK-62MAX

Bei der Diskussion von Laseranwendungen in der Elektrotechnik müssen neben elektronischen Modulen und Komponenten auch fertige Geräte auf Basis der Lasertechnologie erwähnt werden. Dabei handelt es sich beispielsweise um Laserpyrometer, also berührungslose Temperaturmessgeräte. Ihr Funktionsprinzip basiert auf der Messung der Wellenlänge der von einem Untersuchungsobjekt emittierten Infrarotstrahlung, deren Wert dann in Temperatureinheiten umgerechnet wird. Darüber hinaus verfügen solche Geräte häufig über einen zusätzlichen roten Laser, dessen Strahl einen bestimmten Messpunkt anzeigt.

Laser-Entfernungsmesser sind weitere Messgeräte, die auf der Lasertechnologie basieren. Sie erleichtern die Messung der Entfernung zu einem Untersuchungsobjekt und sind daher eine beliebte Lösung in Bereichen wie Bauwesen, Landvermessung oder sogar Instandhaltung. Sie senden einen Lichtstrahl aus, der bei Reflexion zurückkommt und auf die optische Komponente trifft. Anschließend ermittelt ein Entfernungsmesser die Entfernung anhand der Phasenverschiebung zwischen ausgesendetem und empfangenem Licht. Seine Funktionsweise ähnelt ein wenig der von Laser-Abstandssensoren.

LM50AEntfernungsmesser: LM50A

RPM33Drehzahlmesser: RPM33

Ein Drehzahlmesser erleichtert die präzise Drehzahlmessung. Der benötigte Wert wird berührungslos gemessen und basiert ebenfalls auf der Lasertechnologie. Ein Tachometer funktioniert ähnlich wie die zuvor genannten Geräte, dh ein Lichtstrahl trifft auf ein rotierendes Element und kehrt teilweise zurück, nachdem er am reflektierenden Element reflektiert wurde. Dieses Gerät zählt die Anzahl der Reflexionen und bildet die Grundlage für die Ermittlung des Drehzahlwerts.

Ein Barcodeleser ist ein beliebtes Gerät, das häufig in Geschäften, Lagerhäusern und Produktionsstätten verwendet wird. Sein Betrieb basiert ebenfalls auf der Lasertechnologie. Der Betrieb jedes Barcodelesers basiert auf zwei Komponenten, nämlich einer Laserdiode oder einer Hochleistungs-LED und einem Fotodetektor. Eine Diode sendet einen Lichtstrahl aus, der auf die Streulinse trifft. Wenn ein Barcode im Streulichtpfad platziert wird, wird das Licht reflektiert, jedoch nur von den weißen Teilen des Codes, da die dunklen Linien das gesamte Licht absorbieren. Tatsächlich werden nur die Zwischenräume zwischen den Balken tatsächlich erfasst. Der vom Barcode reflektierte und zerkleinerte Lichtstrahl wird an einen Fotodetektor übertragen, der zusammen mit den dazugehörigen elektronischen Schaltkreisen das reflektierte Licht in elektrische Impulse umwandelt, die an einen Registrierkassencomputer usw. gesendet werden.

QOLTEC-50860Barcodeleser: QOLTEC-50860

Offensichtlich handelt es sich bei den oben genannten Geräten und Komponenten nicht um alle im TME-Produktkatalog verfügbaren Produkte rund um die Lasertechnologie. Aber auch dieser kleine Teil unseres Produktangebots zeigt perfekt die Vielseitigkeit und das breite Einsatzspektrum dieser Technologie.