Unterschied zwischen Diodenlaser und CO2-Laser: Welcher ist der Richtige für Sie?

Überblick über die Lasertechnologie

Was ist ein Diodenlaser?

Was ist ein CO2-Laser?

Wie funktionieren Diodenlaser?

1. Stromfluss durch die Diode. Die Elektronen des Halbleitermaterials werden durch diesen Stromfluss angeregt, was dazu führt, dass sie sich auf höhere Energieniveaus bewegen.
2. Angeregte Elektronen und Löcher vereinigen sich wieder. Ein Lichtphoton wird erzeugt, wenn sich ein angeregtes Elektron wieder mit einem Loch verbindet und auf ein niedrigeres Energieniveau abgebremst wird.
3. Lichtphotonen werden zwischen den Spiegeln hin und her gebrochen. An den Enden des Diodenlasers sind zwei Spiegel eingebaut, einer davon ist teilweise reflektierend. Um mit zunehmend angeregten Elektronen zu interagieren, springen Lichtphotonen zwischen den Spiegeln hin und her. Dadurch werden mehr Photonen emittiert, was wiederum mehr Photonen dazu anregt, zwischen den Spiegeln hin und her zu springen.
4. Das Ergebnis ist ein stehendes Wellenmuster aus Licht. Stehende Wellenmuster werden durch Lichtphotonen erzeugt, die zwischen den Spiegeln hin und her gebrochen werden. Dieses Wellenmuster oszilliert an einer Stelle, anstatt sich durch den Raum zu bewegen.
5. Durch den nur teilweise reflektierenden Spiegel wird der Laserstrahl freigegeben. Einige Lichtphotonen können über den teilweise reflektierenden Spiegel entweichen, während die verbleibenden Photonen zurück in die Diode reflektiert werden. Dadurch bleibt das Licht in einem stehenden Wellenmuster.

Wie funktionieren CO2-Laser?

1. In der Laserröhre wird mithilfe elektrischer Energie eine Plasmaentladung erzeugt. Ein erhitztes, ionisiertes Gas mit ungebundenen Elektronen und Ionen ist die Plasmaentladung.
2. Das elektrische Feld in der Plasmaentladung regt die freien Elektronen an. Dies zeigt an, dass ausreichend Energie vorhanden ist, damit die Elektronen auf höhere Energieniveaus springen können.
3. Die angeregten Elektronen setzen Lichtphotonen frei, wenn sie auf niedrigere Energieniveaus zurückkehren. Der Energieunterschied zwischen den beiden Energieniveaus bestimmt die Wellenlänge des freigesetzten Photons.
4. In der Laserkavität werden Lichtphotonen zwischen den Spiegeln hin und her gebrochen. An den Enden der Laserröhre befinden sich zwei Spiegel, die die Laserkavität bilden.
5. Durch die zwischen den Spiegeln hin- und herspringenden Lichtphotonen werden von den angeregten Elektronen mehr Photonen emittiert. Der Begriff „stimulierte Emission“ bezieht sich auf diese Aktion.
6. Der Laserstrahl wird durch den Kaskadeneffekt verstärkt, den der Prozess der stimulierten Emission erzeugt.
7. Einer der Spiegel des Laserhohlraums ermöglicht es dem Laser, seinen Strahl auszusenden. Um den Prozess der stimulierten Emission aufrechtzuerhalten, reflektiert der andere Spiegel im Laserhohlraum, der teilweise reflektierend ist, einen Teil des Lichts zurück in den Laserhohlraum.

Diodenlaser vs. CO2-Laser

Video zum Thema Diodenlaser vs. CO2-Laser

Vorteile von Diodenlasern

• Kompakt und leicht: Diodenlaser sind oft kompakter und leichter als andere Lasertypen, was sie perfekt für Desktop- und tragbare Anwendungen macht.
• Energieeffizient: Diodenlaser sind im Betrieb wirtschaftlicher als andere Lasertypen, da sie elektrische Energie besonders erfolgreich in Lichtenergie umwandeln.
• Relativ günstig: Diodenlaser sind im Allgemeinen günstiger als andere Laserarten, was sie für einen größeren Kundenkreis zugänglich macht.
• Einfach zu bedienen und zu warten: Diodenlaser sind oft einfach zu bedienen und zu warten, was sie zu einer brauchbaren Option für Verbraucher mit wenig technischem Fachwissen macht.
• Vielseitig einsetzbar: Diodenlaser sind vielseitig und können für zahlreiche Aufgaben wie Laserschneiden, Lasergravieren, Lasermarkieren und Laserschweißen verwendet werden.

Nachteile von Diodenlasern

• Weniger leistungsstark: Diodenlaser haben oft eine geringere Leistung als andere Laserarten, wie z. B. CO2-Laser. Daher können sie keine schwereren Materialien schneiden oder gravieren.
• Kann dickere Materialien nicht schneiden: Stahl und Aluminium sind Beispiele für dicke Materialien, die Diodenlaser nicht schneiden können.
• Langsamere Gravurgeschwindigkeit: Diodenlaser gravieren langsamer als andere Laserarten, wie z. B. CO2-Laser.
• Wärmeempfindlicher: Diodenlaser sind in Situationen mit hohen Temperaturen weniger zuverlässig, da sie wärmeempfindlicher sind als andere Lasertypen.

Vorteile von CO2-Lasern

• Hohe Leistung: Da CO2-Laser Strahlen mit extrem hoher Leistung erzeugen können, eignen sie sich perfekt zum Schneiden und Gravieren von dicken Materialien.
• Schnelle Gravurgeschwindigkeit: CO2-Laser eignen sich aufgrund ihrer schnellen Gravurgeschwindigkeit perfekt für die Produktion großer Stückzahlen.
• Große Materialauswahl: Mit CO2-Lasern können zahlreiche Materialien geschnitten oder graviert werden, darunter Glas, Metall, Kunststoff und Holz.
• Langlebig und zuverlässig: CO2-Laser sind perfekt für industrielle Anwendungen, da sie stark und zuverlässig sind.

Nachteile von CO2-Lasern

• Groß und schwer: Im Vergleich zu anderen Lasertypen sind CO2-Laser oft schwerer und größer, was sie weniger tragbar macht.
• Weniger energieeffizient: Diodenlaser sind beispielsweise energieeffizienter als CO2-Laser.
• Teurer: Im Vergleich zu anderen Lasertypen, wie beispielsweise Diodenlasern, sind CO2-Laser oft teurer.
• Schwieriger zu bedienen und zu warten: Im Vergleich zu anderen Lasertypen, wie z. B. Diodenlasern, sind CO2-Laser anspruchsvoller zu bedienen und zu warten.
• Die Faserkopplung ist recht schwierig (es wird eine spezielle PIR-Faser benötigt, um die Laserstrahlung in die Faser zu bekommen).

Den richtigen Laser für Ihre Anforderungen auswählen

• Lasertyp: Es gibt zahlreiche Laserarten, jede mit einzigartigen Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten. Gaslaser (wie CO2-Laser), Festkörperlaser (wie Nd:YAG-Laser), Faserlaser und Diodenlaser sind die gängigsten Arten. Um den besten Lasertyp für Ihre Anwendung auszuwählen, berücksichtigen Sie seine besonderen Anforderungen.
• Leistungsabgabe: Die Leistung des Lasers ist ein entscheidender Faktor, da sie seine Fähigkeit beeinflusst, bestimmte Aufgaben auszuführen. Generell sind Laser mit höherer Leistung anpassungsfähiger und können ein breiteres Anwendungsspektrum abdecken. Allerdings sind Laser mit höherer Leistung auch häufig teurer. Berücksichtigen Sie Ihre Anforderungen und wählen Sie einen Laser mit der richtigen Leistung für die Anwendung.
• Wellenlänge: Die Interaktion eines Lasers mit verschiedenen Materialien basiert auf seiner Wellenlänge. Da verschiedene Materialien Licht bei unterschiedlichen Wellenlängen unterschiedlich absorbieren, sind einige Laser für bestimmte Anwendungen besser geeignet. Beispielsweise sind Faserlaser (1 m) die beste Wahl zum Markieren und Schneiden von Metall, aber CO2-Laser (10,6 m) werden häufig zum Schneiden und Gravieren nichtmetallischer Materialien verwendet. Wählen Sie einen Laser mit einer Wellenlänge, die Ihren Anforderungen entspricht, nachdem Sie die Materialien berücksichtigt haben, mit denen Sie arbeiten werden.
• Strahlqualität: Die Fokussierbarkeit und Präzision eines Lasers hängen von der Qualität seines Strahls ab. Der enge, gut definierte Strahl eines Lasers mit guter Strahlqualität ermöglicht präzises Schneiden, Gravieren oder Branding. Eine schlechte Strahlqualität kann zu einem weniger konzentrierten Strahl führen, was die Genauigkeit einschränken und zu Ergebnissen minderer Qualität führen kann. Wählen Sie einen Laser, der Ihren Präzisionskriterien entspricht, indem Sie die Strahlqualitätsspezifikationen verschiedener Laser vergleichen.
• Kühlanforderungen: Laser erzeugen während des Betriebs Wärme, daher ist eine ausreichende Kühlung erforderlich, um sowohl ihre Wirksamkeit als auch ihre Langlebigkeit zu erhalten. Während einige Laser über integrierte Kühlgeräte verfügen, benötigen andere externe Kühlsysteme. Berücksichtigen Sie den Kühlbedarf des Lasers und stellen Sie sicher, dass Sie über die entsprechende Infrastruktur verfügen.
• Kosten: Je nach Funktionen und Spezifikationen können die Preise von Lasersystemen stark variieren. Legen Sie ein Budget fest und berücksichtigen Sie laufende Kosten wie Wartung, Verbrauchsmaterialien und zusätzlich benötigte Geräte. Um das Beste aus Ihrem Kauf herauszuholen, müssen Sie ein Gleichgewicht zwischen Ihrem Ausgabenlimit und den Fähigkeiten des Lasers herstellen.
• Sicherheitsüberlegungen: Lasersicherheit ist unerlässlich, da sie Benutzern und der Umwelt schaden kann. Stellen Sie sicher, dass der von Ihnen ausgewählte Laser den Sicherheitsgesetzen entspricht und über die erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen wie Verriegelungen, Strahlklappen und Schutzgehäuse verfügt. Darüber hinaus sollten die Bediener die entsprechende Schulung erhalten, um eine sichere Verwendung zu gewährleisten.
• Support und Service: Berücksichtigen Sie den Ruf und die Zuverlässigkeit des Lieferanten oder Herstellers. Wählen Sie ein Unternehmen, das zuverlässigen Kundendienst, Garantieschutz und zugängliche Ersatzteile bietet. Dadurch wird sichergestellt, dass Sie bei Bedarf Wartung und Hilfe erhalten.

Anwendungen von Diodenlasern

• Telekommunikation: Diodenlaser werden in der Telekommunikationsbranche häufig in Glasfaserkommunikationssystemen eingesetzt. Sie dienen als Lichtquellen für die Datenübertragung über große Entfernungen über Glasfasern. Aufgrund ihrer geringen Größe und schnellen Modulationsraten eignen sie sich hervorragend für die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung.
• Laserdruck: Diodenlaser werden häufig in Fotokopierern und Laserdruckern eingesetzt. Indem sie einen Laserstrahl über eine lichtempfindliche Trommel führen, die Tonerpartikel anzieht, um das gewünschte Bild zu erzeugen, ermöglichen sie präzises und schnelles Drucken.
• Materialbearbeitung: Diodenlaser werden häufig in einer Vielzahl von Materialbearbeitungsanwendungen eingesetzt. Metalle, Polymere und andere Materialien können mit ihnen lasergeschnitten, geschweißt und markiert werden. Ihr konzentrierter Strahl und ihre hohe Leistungsdichte ermöglichen eine präzise und effektive Materialentfernung.
• Medizinische Anwendungen: Diodenlaser werden in einer Vielzahl von medizinischen Bereichen eingesetzt, darunter Zahnmedizin, Augenheilkunde und Dermatologie. Sie werden bei Operationen wie Laser-Haarentfernung, Tattooentfernung, Operationen zur Sehkorrektur und Zahnpflege eingesetzt. Diodenlaser bieten zuverlässige Kontrolle mit weniger Gewebeverletzungen.
• Barcode-Lesegeräte: Diodenlaser werden häufig in Barcode-Lesegeräten eingesetzt. Sie schießen einen Laserstrahl auf den Barcode, der gescannt wird, und die Informationen werden durch Erkennen des reflektierten Lichts dekodiert. Diodenlaser sind im Einzelhandel und in der Logistikbranche unverzichtbar, da sie schnelles und präzises Scannen ermöglichen.

Anwendungen von CO2-Lasern

• Industrielles Schneiden und Schweißen: CO2-Laser werden häufig beim industriellen Schneiden und Schweißen eingesetzt. Sie können schnell und präzise durch eine Vielzahl von Materialien schneiden, darunter Metalle, Kunststoffe und Holz. Darüber hinaus werden CO2-Laser in Schweißprozessen eingesetzt, um starke, zuverlässige Schweißnähte zu erzeugen.
• Lasergravur und -markierung: CO2-Laser werden häufig für Gravur- und Markierungsanwendungen in der Lasertechnologie verwendet. Sie können Materialien wie Glas, Holz, Acryl und Leder mit feinen Details dauerhaft markieren. Bei der Herstellung individueller Produkte, Schmuck und Beschilderungen werden in großem Umfang CO2-Laser eingesetzt.
• Medizinische Anwendungen: CO2-Laser werden in der Medizinbranche, insbesondere bei chirurgischen Eingriffen, eingesetzt. Sie werden zum präzisen Abtragen, Verdampfen und Schneiden von Gewebe verwendet. Bei Operationen wie dermatologischen, gynäkologischen und HNO-Eingriffen (Hals-Nasen-Ohren) werden CO2-Laser verwendet.
• Wissenschaftliche Forschung: CO2-Laser werden in einer Vielzahl wissenschaftlicher Forschungsanwendungen eingesetzt. Sie werden in Untersuchungen mit Spektroskopie, laserinduzierter Fluoreszenz und Laserkühlung verwendet. CO2-Laser sind nützliche Werkzeuge in wissenschaftlichen Studien, da sie eine hohe Ausgangsleistung haben und auf bestimmte Wellenlängen zugeschnitten werden können.
• Verteidigung und Luft- und Raumfahrt: CO2-Laser werden in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Verteidigung eingesetzt. Sie werden in Raketenabwehrsystemen, zur Zielbestimmung und zur Laser-Entfernungsmessung eingesetzt. CO2-Laser sind aufgrund ihrer großen Reichweite und hohen Energieabgabe für diese Anwendungen geeignet.

Fazit