Bei einem Nd:YAG-Laser handelt es sich um einen Festkörperlaser, der in der Industrie und in einigen weiteren Branchen sehr gefragt ist. Diese Art Laser zeichnet sich dadurch aus, dass er durch optisches Anregen infrarote Strahlung typischerweise in der Wellenlänge 1064nm (Nahinfrarot) abgibt. Seltener gibt es auch Varianten, die durch angepasster Kristallstruktur im Wellenlängenbereich 940nm - 1330nm strahlen . Laserstrahlung im Nahinfrarotbereich besitzt bei bestimmten Anwendungen viele Vorteile. So ist diese unter anderem in Metallbearbeitung und der Werkstoffprüfung notwendig. Wenn Du den Begriff aussprechen möchtest, sage einfach "Neodym-Jag-Laser".
Zur Bezeichnung des Nd:YAG-Lasers
Die kompliziert erscheinende Bezeichnung "Nd:YAG" ist eine Abkürzung. "Nd" steht für "Neodym-dotiert". Neodym ist ein chemisches Element und zählt zu den seltenen Erden. Nd ist das offizielle Elementsymbol. Unter diesem Kürzel kann man Neodym auch im Periodensystem entdecken, wo es unter den Lanthanoiden und der Ordnungszahl 60 aufgeführt wird. Es handelt sich um ein silbrigweißes und gelbliches Material, das unter anderem in Kernspintomographen, Festplatten und Farben zum Einsatz kommt. Außerdem ist Neodym Bestandteil des hier beschriebenen Nd:YAG-Lasers. Neodym wird zudem auch bei Magneten eingesetzt, die dann besonders stark sind. Sie bestehen aus einer Legierung aus Neodym, Eisen und Bor und sind derzeit die stärksten kommerziell erhältlichen Magnete.
Auch hinter dem Begriffsteil "YAG" verbergen sich chemische Stoffe. "YAG" ist die Abkürzung für Yttrium, Aluminium und Granat. Das allseits bekannte Aluminium ist ein sehr leichtes, aber robustes Metall. Bei Yttrium handelt es sich wie bei Neodym ebenfalls um ein chemisches Element. Es ist gleichzeitig ein Übergangs- und ein Seltenerdmetall. Mit "Granat" ist die Granatgruppe gemeint, die verschiedene Minerale der Typen Silikate und Germanate umfasst.
Yttrium, Aluminium und Granat werden im Nd:YAG-Laser zu einem Laserkristall zusammengefasst (Y3Al5O12). Es handelt sich dabei um das laseraktive Medium innerhalb des Festkörperlasers. Dieser YAG-Laserkristall wird während der Herstellung Neodym-dotiert. Das bedeutet, dass Neodym-Ionen in den Laserkristall integriert werden.
Entwicklung und ähnliche Laser-Arten
Der erste Laser dieser Art wurde in den 60er-Jahren des 20. Jahrhunderts hergestellt. Verantwortlich waren die US-amerikanischen Naturwissenschaftler LeGrand van Uitert und Joseph E. Geusic, die für die Bell Laboratories (AT&T) tätig waren und später auch ein Patent einreichten. Ein Vorgängermodell kam ohne YAG aus, sondern umfasste stattdessen Glas. Gemeint ist der Nd:Glas-Laser. Auch diese Variante ist noch in Gebrauch.
Es gibt mit dem Nd:YLF-Laser, dem Nd:KGW-Laser und Co. noch weitere Laser dieser Art, die jedoch unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Außerdem lässt sich nicht nur das YAG, sondern auch das Nd ersetzen, wobei dies zu neuen Eigenschaften führt. Denkbar ist als Nd-Ersatz zum Beispiel das Element Ytterbium, mit dem sich ein Yb:YAG-Laser herstellen lässt.
In diesen Anwendungsbereichen wird der Nd:YAG-Laser eingesetzt
Ein Laser dieser Art ist ausgesprochen nützlich. So ist es nicht verwunderlich, dass Du ihn in vielen alltäglichen Anwendungsbereichen entdecken kannst. Zudem ist es möglich, dass Du im Rahmen Deiner körperlichen Gesundheit selbst auf die Leistung eines Nd:YAG-Lasers angewiesen sein könntest. Der Festkörperlaser zeichnet sich bei allen Arbeiten durch seine erstaunliche Präzision aus, sodass der Eintritt des gewünschten Ergebnisses bei korrekter Anwendung sehr wahrscheinlich ist.
Einer der wichtigsten Einsatzzwecke ist die Bearbeitung von Materialien. Mit einem Laser dieser Art kannst Du Bleche schneiden, wobei auch stärkere Bleche problemlos verarbeitet werden können. Darüber hinaus hilft er bei Bohrungen im Mikrobereich und beim Schweißen weiter. Zudem lassen sich Werkstoffe mit einem Nd:YAG-Laser prüfen. Dies gelingt ohne Zerstörung des geprüften Materials, denn der Laser kann Materialien auch im Ultraschallbereich zum Schwingen anregen. Dieses zerstörungsfreie Verfahren ist für viele Laser Anwendungen sehr wertvoll.
Ein weiteres großes Anwendungsgebiet ist die Medizin. So kann die emittierte Strahlung unter anderem Nierensteine zertrümmern und bei der Behandlung von Blutschwämmen gute Dienste leisten. Der Nd:YAG-Laser ist zudem unverzichtbar in der Augenmedizin, der Chirurgie und der Zahnmedizin. Es gibt also zahlreiche medizinische Indikationen, die den Einsatz dieses Lasers zulassen.
Anwendungsbeispiele:
- Abtöten von Krebszellen
- Prüfung von Werkstoffen
- Schneiden, Bohren, Schweißen von Blechen
- Behandlung von Krampfadern und Blutschwämmchen
- Entfernung von Pigmentflecken, Falten und Körperbehaarung
- Entfernung von ungeliebten alten Tätowierungen
- als dekorative Laser im Rahmen von Lasershowsals starker Laserpointer (dabei wird aus der eigentlich unsichtbaren Laserstrahlung durch Frequenzverdoppelung via Kristall Laserlicht mit grüner Farbe erzeugt)
- und viele weitere
So funktioniert der Nd:YAG-Laser
Die Funktionsweise basiert auf einem chemisch-physikalischen Prinzip. Beim sogenannten Pumpen findet eine Anregung des Neodyms auf dem Laserkristall statt. Das bedeutet, dass dem Neodym gezielt Licht zugeführt wird. Dieses Licht enthält eine gewisse Menge an Energie, das die Elektronen in den Neodym-Atomen auf ein anderes Energieniveau überführt. Durch diese physikalische Anregung gibt schließlich das Neodym selbst Strahlung in Form eines Photons ab. Die abgegebenen Photonen werden in der sogenannten Laser-Cavity hin und her reflektiert. Dabei nutzen sie den namensgebenden LASER-Effekt (Light Amplification with Stimulated Emission of Radiation): jedes Photon, was an einem Elektron auf hohem Energieniveau vorbei kommt, stimuliert die Emission eines weiteren Photons. Dieses gleicht dem ersten in Frequenz, Phase, Polarisation und Richtung. Dadurch verstärkt sich die Strahlung enorm.
Um die Nützlichkeit dieser abgegebenen Strahlung besser zu verdeutlichen, haben wir hier ein Beispiel aus der medizinischen Praxis: Möchte ein Mediziner bei seinem Patienten kranke Zellen absterben lassen, kann er den Nd:YAG-Laser auf diese Stelle richten. Der Laser bestrahlt den gewünschten Bereich, wobei eine große Hitze in den Zellen entsteht und somit zum Absterben des krankhaften Gewebes führt. Dabei ist es möglich, auch in etwas tieferen Gewebeschichten zu wirken.
Die Leistung des Nd:YAG-Lasers
Dieser Laser-Typ ist für seine hohe Leistung bekannt. Allerdings handelt es sich nicht um den stärksten Laser. So gelten der Nd:YVO4-Laser und der Nd:YALO3-Laser als noch leistungsstärker. Dennoch bringt der Nd:YAG-Laser genau die richtige Menge an Energie für einige höchst relevante Einsatzgebiete mit. Dabei hat es sich bewährt, dass seine Power nicht zu kraftvoll, sondern begrenzt ist. Egal, ob in der Medizin oder der Materialwirtschaft: Bei vielen Anwendungen sollen umliegende Gewebe und Werkstoffe geschont werden. Das ist mit einem Laser dieser Art möglich.
Vor- und Nachteile des YAG-Lasers
Ein YAG-Laser überzeugt mit seinen zahlreichen Vorteilen, unter anderem:
- gute Leistung
- hohe Präzision
- vielseitig einsetzbar
- schont Gewebe und Materialien
- arbeitet mit verschiedenen Wellenlängen
- geringe Nebenwirkungen bei medizinischen Eingriffen
Allerdings sollte man sich bewusst sein, dass dieser Laser auch Nachteile hat:
- teilweise komplex in der Anwendung
- erfordert gerade in der Medizin höchste Vorsicht und viel Know-how
- eher geringe Eindringtiefe (dies ist vor allem in der Medizin relevant)
- bei der Arbeit mit dem Laser sollte man eine Schutzbrille tragen
Kosten eines Nd:YAG-Lasers
Der Neupreis für einen Nd:YAG-Laser, der für kosmetische Zwecke vorgesehen ist, fängt im mittleren vierstelligen Bereich an - für Qualitätsprodukte mit Anspruch an Betriebssicherheit ist jedoch deutlich mehr zu bezahlen. Für Geräte, die in der Industrie zum Einsatz kommen, sind auch deutlich höhere Kosten gängig. Üblicherweise skalieren die Kosten mit der Leistung des Systems. Wer einen Nd:YAG-Laser kaufen möchte, sollte allerdings nicht nur an die Anschaffungskosten denken: Es fallen auch Kosten für Aufstellung, Sicherheitsvorkehrungen und -Einweisungen und nicht zuletzt für Unterhalt an. Beispielsweise für Wartungen und Reparaturen dabei sind Wartungsverträge üblich. Da diese Arbeiten nur von geschulten Profis durchgeführt werden können, ist mit hohen Kosten zu rechnen.
Fazit: Ohne Nd:YAG-Laser geht es nicht
Der Nd:YAG-Laser ist trotz seiner sperrigen Bezeichnung absolut unverzichtbar. Ohne Geräte dieser Art würden viele Industriezweige nicht annähernd so produktiv arbeiten können, wie es heute der Fall ist. Ein weiterer sehr wichtiger Anwendungsbereich ist die Medizin. Ob Krebsbehandlung oder kosmetisches Problem: Dieser großartige Laser kann sehr viel bewirken und zahlreichen Menschen helfen.
Auch wenn diese Geräte kostspielig sind und einige Nachteile wie die Notwendigkeit des Tragens einer Schutzbrille bei der Arbeit haben, gelten sie als ausgesprochen sinnvoll. Es ist daher sehr wahrscheinlich, dass der Laser die Menschheit noch lange begleiten wird.
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