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Anwendungen in der Industrie

Mit CO2-Lasern lassen sich sehr hohe Leistungen erzielen, was bei einem Großteil seiner Anwendungen konsequent ausgenutzt wird. So ist er für viele Materialbearbeitungen das Mittel der Wahl. Insbesondere zum Schneiden von Blechen und anderen Metallstücken, beispielsweise in der Automobilindustrie, setzt man seit vielen Jahren auf den Kohlendioxidlaser. Da die thermische Belastung für das benachbarte Material beim Lasertrennen äußerst gering ist und eine mechanische Belastung praktisch nicht auftritt, eignet sich der CO2-Laser auch zum Schneiden verhältnismäßig komplexer dreidimensionaler Körper. 

Ebenfalls wegen der hohen Leistung eignet sich der CO2-Laser bestens zum Schweißen, wo dank der hohen Intensität Schweißgeschwindigkeiten von mehreren Metern je Minute erreicht werden können. Als Folge der kurzen Dauer der Materialerhitzung kann man dabei teilweise bereits auf Schutzgas, welches das heiße Metall vor Oxidation schützen soll, verzichten. Somit bedeutet Laserschweißen hier einen klaren Kostenvorteil. Das Umschmelzen und Härten metallischer Werkstoffe sind dank der hohen erreichbaren Leistungen weitere typische Anwendungsgebiete. 

Auch dünnes organisches Material wie beispielsweise Papier oder Kunststoff wird mit entsprechend schwächer dimensionierten Kohlendioxidlasern geschnitten, graviert oder anderweitig bearbeitet. 

Ein neben der Intensität ebenfalls äußerst wichtiges Merkmal eines Laserstrahls ist dessen Wellenlänge. Diese gibt Auskunft über die Farbe des Lasers sowie das Verhalten, welches der Laser bei Wechselwirkung mit verschiedenen Materialien an den Tag legen wird. 

Das Licht eines CO2-Lasers hat eine Wellenlänge von 10,6µm (Mikrometer), wodurch er dem infraroten Bereich zuzuordnen und für das menschliche Auge unsichtbar ist. Als Sicherheitsmaßnahme empfiehlt sich also ein parallel zum CO2-Laserstrahl mitgeführter sichtbarer, schwächerer Laserstrahl. Da infrarotes Licht von Glas sehr gut absorbiert wird, ist die Bearbeitung gläserner Werkstoffe, z.B. Perforation von Glasampullen oder Verschweißen von Glühlampen, ein weiteres typisches Anwendungsgebiet.

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Anwendungen in der Medizin 

Auch Wasser absorbiert infrarotes Licht sehr gut, was man sich insbesondere in den medizinischen Anwendungen des CO2-Lasers zunutze macht. Da menschliches Gewebe zu großen Teilen aus Wasser besteht, wird der Laser hier vor allem genutzt, um überschüssiges Gewebe jeglicher Art durch punktuelles Erhitzen abzutöten. Insbesondere der Kohlendioxidlaser ist in der Hals-Nasen-Ohrenheilkunde eines der meistbenutzten Lasersysteme. Weitere typische Anwendungsgebiete sind die Haarentfernung sowie die Entfernung von Falten.

Anwendungen in Forschung und Messtechnik 

Da infrarotes Licht von der Erdatmosphäre kaum absorbiert wird, eignet sich der CO2-Laser bestens zur lasergestützten Abstandsmessung, bei welcher Laserlicht ausgesandt und aus der Zeitdauer bis zur Rückkehr zum Beobachter der Abstand zum reflektierenden Objekt errechnet wird. 

Den Umstand, dass viele Moleküle jeweils sehr charakteristische Anteile des infraroten Spektralbereiches absorbieren, wird zum Beispiel bei Luftschadstoffmessungen ausgenutzt. Bei diesen Messungen wird überprüft, welche Anteile des durch die Luft gesandten infraroten Laserlichts absorbiert werden, wodurch Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Luft gezogen werden können.

Grenzen des CO2-Lasers

Die Verwendbarkeit des Kohlendioxidlasers wird vor Allem durch dessen große Wellenlänge begrenzt. So ist es nicht möglich, den infraroten Laserstrahl durch einen Lichtwellenleiter zu führen, mit welchem sich Austrittsort und -richtung des Strahls beliebig festlegen ließe. Stattdessen sind Spiegelkonstruktionen notwendig, um den Strahl in die gewünschten Bahnen zu lenken. Diese erfordern jedoch einen geraden Strahlverlauf zwischen den Spiegeln, was die Einsatzszenarien weiter einschränkt. Insbesondere in den medizinischen Anwendungsszenarien wirkt dieser Umstand oft einschränkend. 

Ferner wird das infrarote Laserlicht von sogenannten Buntmetallen (wie zum Beispiel Gold und Kupfer) sehr stark reflektiert, sodass sich diese Materialien durch den CO2-Laser nur sehr schlecht bearbeiten lassen. 

Eine letzte Schwäche des CO2-Lasers ist erneut auf seine große Wellenlänge zurückzuführen. Diese ermöglicht nämlich maximal eine Fokussierung des Strahls auf einen rund Kreis mit einem Durchmesser von rund 50µm. Für mikroskopische Bearbeitungen ist der CO2-Laser also naturgemäß ungeeignet. 

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