DGUV Information 203-042 - Auswahl und Benutzung von Laser-Schutz- und Justierbr...

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Anhang 8, Besondere Maßnahmen bei Einsatz von Ultrakurzpulsl...
Anhang 8
Auswahl und Benutzung von Laser-Schutz- und Justierbrillen (bisher: BGI 5092)

Anhangteil

Titel: Auswahl und Benutzung von Laser-Schutz- und Justierbrillen (bisher: BGI 5092)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 203-042
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Anhang 8 – Besondere Maßnahmen bei Einsatz von Ultrakurzpulslasern mit Pulslängen unter 1 ps

Eine weniger bekannte Tatsache ist, dass ein Laser seine Energie auch zeitlich stark konzentriert in Form von extrem kurzen Impulsen, sozusagen scheibchenweise, abgeben kann. Mittels modengekoppelter Laser lassen sich die heutzutage kürzesten von Menschenhand erzeugten Lichtblitze herstellen. Solche Blitze dauern oft nur wenige Femtosekunden (1 Femtosekunde = 1 fs = 10-15 s). In einer Femtosekunde legt das Licht im Vakuum eine Strecke von 0,3 Mikrometern zurück. Den Lichtimpuls kann man sich daher als eine fliegende Scheibe mit einem Durchmesser von einigen Millimetern bis Zentimetern und einer Dicke von wenigen Mikrometern vorstellen. Diese Eigenschaft des Lasers kommt vor allem in zeitaufgelösten Untersuchungen zur Anwendung, in denen, ähnlich wie bei einem Stroboskop, Momentaufnahmen atomarer Vorgänge gemacht werden können. Die erzielbare zeitliche Auflösung hängt dabei von der Dauer des Lichtimpulses ab. Laserimpulse sind nicht nur ultrakurz, sondern zeichnen sich auch durch eine hohe Spitzenleistung aus. Das ist eine Folge ihrer kurzen Dauer, da die Energie in einem sehr kurzen Zeitintervall abgestrahlt wird.

So lässt sich in einem optischen Labor auf einer Fläche von wenigen Quadratmetern ein Laser aufbauen, der in der Lage ist, Impulse mit einer Spitzenleistung von bis zu 1000 Terawatt zu liefern (1 TW = 1012 Watt). Um eine Vorstellung der Größe dieser Leistung zu vermitteln, sei nur erwähnt, dass die elektrische Leistung, die weltweit im elektrischen Netz erzeugt werden kann, ungefähr 1 TW beträgt - hier allerdings als Dauerleistung.

(Bild A8.1 zeigt einen abgeschirmten Teil eines Femtosekunden-Lasers).

Bild A8.1: Abgeschirmter Teil eines Ultrakurzpulslasers

Bei der Wechselwirkung solch intensiver Laserimpulse mit Materie wird diese sofort zerstört; entscheidend ist dabei die Intensität, die Leistung pro Fläche. Die erzielbaren Intensitäten sind dabei so hoch, dass Elektronen durch das Laserfeld von ihren Atomrümpfen getrennt werden und ein Plasma entstehen kann. Bei der Wahl eines geeigneten Lasers lassen sich Plasmen herstellen, die den Bedingungen für eine Kernfusion genügen.

Femtosekundenlaser unterscheiden sich noch in ihrem Spektren grundlegend von den meisten anderen Lasern. Aufgrund der Konzentration der Energie im Zeitbereich ergibt sich nach der Heisenbergschen Unbestimmtheitsrelation eine Linienverbreiterung. So können die Wellenabhängigen Emissionscharacteristiken von Femtosekundenlaser bei einer Mittenwellenlänge von 800 nm eine Breite von einigen 100 nm haben, wie schematisch in Bild A8.2 dargestellt.

Bild A8.2:

Bild A8.3: Bandbreite ultrakurzer Impulse