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Ein Nd:YAG-Laser (kurz für Neodym-Laser) ist ein Festkörperlaser, der als aktives Medium einen Neodym-dotierten YAG (Yttrium-Aluminium-Granat)-Kristall verwendet und infrarote Strahlung mit der Wellenlänge 1064 nm emittiert.

Dieser Laser ist in der Industrie sehr gebräuchlich. Er eignet sich aufgrund seiner möglichen hohen Ausgangsleistung u.a. für die Materialbearbeitung von Metallen.

Ein Vorteil gegenüber dem ebenfalls häufig eingesetzten CO₂-Laser besteht darin, dass sich der Laserstrahl aufgrund seiner geringeren Wellenlänge durch ein Glasfaserkabel leiten läßt.

Die Strahlung dieser Laser oder deren Streustrahlung ist bei Leistungen ab Laserklasse 3R gefährlich für das Auge und die Haut. Im Auge schädigt sie weniger die Linse, sondern mehr die Netzhaut.

Die Schädigung wird vom Geschädigten nicht (Auge) oder erst später (Haut) bemerkt, da die Strahlung weit in menschliches Gewebe eindringt und keine thermische oder optische Reiz-Reaktion hervorruft.

Es ist mit diesem Laser möglich, hohe Leistungen (bis zu 5 kW in Serienlasern) zu erreichen. Es ist sowohl kontinuierlicher (CW, für engl. continous wave), wie auch ein gepulster Betrieb möglich.

Impulsbetrieb wird entweder durch gepulstes Pumpen (Blitzlampen) oder Güteschaltung erzielt. Mit Güteschaltung werden Spitzenleistungen von mehreren Megawatt erreicht.

Der Wirkungsgrad liegt bei ca. 3 bis 5 Prozent bei lampengepumpten Systemen. Das heißt, für 3 kW Laser-Ausgangsleistung müssen 60 kW Eingangsleistung eingesetzt werden, die Kühlung nicht inbegriffen.

Durch Anregung mit Diodenlasern (Wellenlänge 808 nm) lassen sich Pumpeffizienz und Strahlqualität wesentlich steigern und die Gesamteffizienz steigt auf ca. 25 %.

Die Anregung der Neodym-Ionen erfolgt entweder mit Gasentladungslampen (Blitz- bzw. Bogenlampen mit Xenon- oder Krypton-Füllung) oder mit Laserdioden bei einer Wellenlänge von 808 nm. Die mittlere Lebensdauer der angeregten Elektronen der Neodym-Ionen beträgt um 230 µs. Aufgrund dieser relativ langen Zeit ist es möglich, Energie im Kristall zu speichern, die dann in einem kurzen Puls (10...100 ns) abgerufen werden kann (Güteschaltung).

Anwendungen

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Bohren, Schweißen, Schneiden

Ursprünglich waren Nd:YAG-Laser nur für Mikrobohrungen, zum Präzisionsschneiden dünner Bleche und zum Schweißen einzelner Punktverbindungen im Einsatz. Inzwischen hat sich aufgrund der gestiegenen Effizienz und Strahlqualität bei hohen Leistungen auch das Schneiden dickerer Bleche sowie das Nahtschweißen als Konkurrenz zum weiterhin häufig eingesetzten Kohlendioxid-Laser durchgesetzt.

Gravieren

Im gütegeschalteten Betrieb eignet sich der Nd:YAG-Laser aufgrund seiner hohen Spitzenleistung zum Gravieren sehr vieler Materialien. Oft wird er hierzu mit einem Spiegelscanner geführt.

Die dauerhafte Lasergravur von Werkzeugen, Bauteilen und Geräten hat im Zuge der Qualitätssicherung und Rückverfolgbarkeit der Erzeugnisse an Bedeutung gewonnen.

Plastwerkstoffe können spezielle Pigmente enthalten, die beim Lasergravieren einen gut sichtbaren Farbumschlag bewirken (z. B. Computertastaturen).

Eine spezielle Gravier-Anwendung ist die Glasinnengravur. Mit einem diodengepumpten Nd:YAG Laser, sowohl in den Wellenlängen 1064 nm als auch 532 nm, lassen sich im gepulsten Betrieb bei einer durchschnittlichen Ausgangsleistung von ca 1-2 Watt 2-dimensionale wie auch 3-dimensionale Strukturen im Inneren von transparenten Materialien (z.B Glas) erzeugen.

Da Glas für die Laserwellenlänge transparent ist, kann ausschließlich mit gütegeschalteten Lasern gearbeitet werden – die Impulsleistung wird dadurch derart hoch, dass die Zerstörschwelle des Glases im Fokuspunkt überschritten werden kann.

Medizin

Auch in der Medizin werden Nd:YAG-Laser bei der Behandlung von Hämangiomen (Blutschwämme), vor allem aber in der Augenheilkunde bei der Behandlung von Glaukomanfällen (Grüner Star), eingesetzt, da ihre Wellenlänge vom roten Hämangiomgewebe stärker absorbiert wird. Eine weitere Anwendung ist die Zertrümmerung von Nierensteinen mit einem gepulsten Nd:YAG Laser über ein Endoskop. Außerdem wird er in der Metastasenchirurgie, z.B. bei der Resektion von Lungenmetastasen, verwendet. Weiter verbreitet in der Medizin und Zahnheilkunde sind jedoch YAG-Laser - diese arbeiten bei der durch wasserhaltiges Gewebe stark absorbierten Wellenlänge von 2,8 µm und können im gütegeschalteten Betrieb zum Gewebeabtrag verwendet werden, ohne dass benachbartes Gewebe thermisch geschädigt wird.

Weitere Anwendungen

Auch in der Forschung wird der Nd:YAG-Laser häufig eingesetzt. Er kann gut frequenzverdoppelt werden (es entsteht die gut sichtbare Wellenlänge 532 nm) und kann bei Laserprojektoren und zu Show-Zwecken teilweise als Ersatz für den Argon-Ionen-Laser dienen. Auch grüne Laserpointer sind frequenzverdoppelte Nd:YAG-Laser.

Die Frequenzverdoppelung oder -verdreifachung durch nichtlineare Kristalle im Laserresonator ist eine effektive Methode, Laserstrahlung kürzerer Wellenlängen zu erzeugen, wodurch sich vielfältige Anwendungen ergeben, bei denen die Absorption der ursprünglichen Wellenlänge von 1060 nm nicht gegeben ist.

Eine weitere Anwendung der Nd:YAG-Laser ist die zerstörungsfreie akustische Werkstoffprüfung mit Ultraschall an heißen oder bewegten Teilen. Hier wird mit Hilfe des fotoakustischen Effekts Ultraschall erzeugt. Die schockartige Erwärmung durch einen Laserlichtimpuls führt zu thermoelastischen Effekten, die ein breites Spektrum von Ultraschallwellen anregen.

Zunehmende Bedeutung gewinnt der Nd:YAG Laser in der Ramanspektroskopie.

Im Buch "Lautlos" von Frank Schätzing soll ein YAG-Laser für einen Anschlag auf Bill Clinton missbraucht werden. Laser

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