Zukunft der Laser und Laserschutztechnologie

Das Aufkommen von Lasern hat aufgrund ihrer mehrdimensionalen Charakteristik eine Revolution in der globalen Technologie mit sich gebracht. Allein die Tatsache, dass unkontrollierte Laser einerseits irreversible Schäden an den Augen verursachen, bei richtiger Steuerung aber auch in der Lage sind, kritische Augenoperationen durchzuführen, zeigt, dass Laser in einem breiten Spektrum einsetzbar sind.

Im Laufe der Jahre wurde das wahre Potenzial von Lasern durch ihre wachsenden Möglichkeiten erkannt, von High-End-Laborexperimenten wie optischen Pinzetten und Laserkühlung von Atomen bis hin zu alltäglichen Anwendungen wie Laser-Barcode-Scannern und Lasergravuren. Laser werden in vielen Anwendungen eingesetzt, von Forschung und Verteidigung bis hin zu medizinischen Instrumenten.

In der Medizin werden Laser zur Behandlung bestimmter Gewebebereiche und zur Durchführung von Schönheitsoperationen eingesetzt. In der Fertigungsindustrie werden Laser zum hochpräzisen Durchschneiden von Materialien eingesetzt und auch in additiven Fertigungsverfahren zur Verbesserung der Präzision im 3D-Druck. Selbst bei militärischen Operationen ist die laserbasierte Kriegsführung die fortgeschrittene Angriffsmethode.

Im Gegensatz zu herkömmlichem Licht verfügen Laser über eine hohe Intensität, Kohärenz, Richtungsabhängigkeit und Monochromatizität. Im Gegensatz zu herkömmlichen Quellen weichen sie hinsichtlich der zurückgelegten Distanz nicht voneinander ab. Dadurch kann die maximale Leistung des Lasers über große Entfernungen übertragen werden. Dadurch wird eine große Energiemenge auf die Punktgröße konzentriert und hohe Leistungsdichten erreicht.

Da Laser von Menschen bedient werden, besteht die Möglichkeit, dass Reflexionen das Sehvermögen dauerhaft schädigen können. Unbeabsichtigte Hitze kann Hautgewebe verdampfen lassen oder Netzhautläsionen und Hautverbrennungen verursachen. Daher ist es wichtig, die Laserintensität, die in das Auge gelangt, zu reduzieren. Man kann sich die Schwere von Lasern so vorstellen, dass ein Mann das Leuchten einer 100-W-Wolframlampe ohne große Beschwerden sehen kann. Laserlicht mit einer Leistung von <1 W kann jedoch das Sehvermögen beeinträchtigen, ohne es zu ahnen.

Da die Lasertechnologie immer weiter wächst und schädliche Auswirkungen auf den Menschen hat, besteht ein hoher Bedarf an Laserschutzausrüstung. Laser werden basierend auf ihrer Leistungsintensität in vier Typen eingeteilt: 2M, 3R, 3B und 4. Laserschutzbrillen und -lösungen sind im Bereich der Wissenschaft und des technologischen Fortschritts sehr gefragt. In herkömmlichen Anwendungen werden drei Arten von Laserbrillen verwendet: 1) Polycarbonatfilter, 2) Absorptionsglas und 3) dielektrische Filter und Beschichtungen. Eine Form des Laserschutzes sind Laserschutzbeschichtungen oder Filter, die durch Dünnfilmabscheidungen hergestellt werden. Der auf der Schutzbrille aufgebrachte Filter blockiert bestimmte Laserwellenlängen und lässt den sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums hindurch (VLT-Durchlässigkeit für sichtbares Licht). Die optische Dichte (OD) ist der Dämpfungsfaktor eines Filters bei einer bestimmten Wellenlänge. Zum besseren Verständnis entsprechen 100 %, 10 %, 1 %, 0,1 % und 0,0001 % in der Transmissionsskala jeweils 0, 1, 2, 3 und 6 in den OD-Skalen, die üblicherweise für Bezeichnungszwecke verwendet werden.

Polycarbonatfilter funktionieren bei Lasern mit niedriger bis mittlerer Leistungsdichte und Absorptionsglas reduziert die VLT. Der dielektrische Filter oder die dielektrische Beschichtung hat gegenüber diesen beiden Lösungen den Vorteil, dass er bestimmte Laserwellenlängen blockiert und sichtbares Licht im Bereich von Lasern mittlerer bis hoher Leistung durchlässt. Diese Filter können je nach Leistung und Frequenz des verwendeten Lasers ausgelegt werden. Aufgrund ihres direkten Zusammenhangs mit der Augensicherheit durchlaufen diese Filter strenge Qualitätskontrolltests. Die spektroskopische Analyse gibt die Blockierfähigkeit von Filtern bei Wellenlängen im Bereich von OD und VLT % an.

Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Elektronik und Halbleiter, Medizin, Lebensmittel und Textil, Baugewerbe, Versorgungsindustrie und andere Branchen nutzen verschiedene Arten von Lasern wie CO2-Laser, Faserlaser, Festkörperlaser usw. für vielseitige Anwendungen wie Markierung und Mikromaterialien und Makromaterialien mit einem breiten Spektrum an Laserleistungsintensitäten. Globale Hersteller von Laserschutzbrillen sind KCWW, Honeywell International Inc., 3M, Uvex Group, WW Grainger, Inc., Phillips Safety Products, Thorlabs, Kentek Corp., Laser Safety Industries, Global Laser Ltd., VS Eyewear, Univet, Trotec Laser GmbH, NoIR Laser Co., LLC, Laservision, Cole-Parmet Instrument Co., LLC und Laserkomponenten. Mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 12,4 % wird die globale Marktgröße für Industrielaser im Zeitraum 2018 bis 2026 voraussichtlich von 5,66 Milliarden US-Dollar auf 14,52 Milliarden US-Dollar steigen. Das Produkt verzeichnete in den letzten Jahren eine große Nachfrage, da der Markt exponentiell gewachsen ist in allen Bereichen. Um der steigenden Nachfrage nach Laserbrillen gerecht zu werden, sind Produktionsanlagen mit hohem Durchsatz erforderlich.

Im Hinblick auf den zukünftigen Anwendungsbereich von Lasern werden Laser einen entscheidenden Beitrag in vielen fortschrittlichen Bereichen leisten, darunter Sensoren, Digitalisierung, künstliche Intelligenz und Datenverschlüsselung in der Quantentechnologie, um nur einige zu nennen. Zunächst einmal sind ultrakurze Femtosekundenlaserpulse mit hoher Intensität die Zukunft biomedizinischer Anwendungen, die sowohl bei der Bildgebung als auch bei der Durchführung komplizierter, gezielter Operationen auf bestimmte Bereiche hilfreich sein werden. Im Hinblick auf die Herstellung von Elektrofahrzeugen (EV) ermöglicht das Laserschweißen schmale und schnelle Schweißnähte bei geringerer Hitze, was bei Batterien für Elektrofahrzeuge von entscheidender Bedeutung ist. Selbstfahrende Autos hingegen verwenden laserbasiertes Scannen, um den Zielbereich abzubilden, in dem der Laser als Auge des Autos fungiert. Darüber hinaus erweitert die fortschreitende Schrumpfung der Größe von Halbleiterlasern, Diodenlasern und mehreren anderen die Möglichkeiten, sie in verschiedenen komplexen Anwendungen einzusetzen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass angesichts der explosionsartigen Innovationen in der Lasertechnologie ein Verständnis der Lasersicherheit von größter Bedeutung ist, um mit Lasern arbeiten und die Vorteile nutzen zu können.

Autoren : Dr. MG. Sreenivasan, Leiter Forschung und Entwicklung, Dr. Gokul Raja, leitender Wissenschaftler, Krithika Upadhya, Wissenschaftlerin und Smriti Sakhamuri, General Manager, Hind High Vacuum Company Pvt. Ltd. (HHV), Indiens führendes Unternehmen für Dünnschicht- und Vakuumtechnologie. Besonderer Dank geht an Dr. Arindam Sarker, CTO von ASM-HHV Engineering Pvt. Ltd., für seine Anregungen und Ratschläge. Die in diesem Artikel geäußerten Ansichten sind ihre eigenen.

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