vorsichtig! Allgegenwärtige Laser können Ihre Augen ruinieren

Einem aktuellen Nachrichtenbericht zufolge hat ein Junge in Nantong in der Provinz Jiangsu 51 Mal hintereinander mit einem Laserpointer in sein linkes Auge geleuchtet. Plötzlich wurde ihm alles schwarz vor Augen und er konnte nichts mehr sehen.

Der Arzt stellte fest, dass es aufgrund der zu vielen Strahlen unmöglich war, das Sehvermögen des linken Auges des Jungen vollständig wiederherzustellen. Das sind wirklich traurige und bedauerliche Neuigkeiten. Ein Laserstift ist ein relativ gefährliches Spielzeug. Hätten die Eltern ihren Kindern nicht erlaubt, nach Belieben mit Laserpointern zu spielen, wäre diese Tragödie möglicherweise nicht passiert.

Tatsächlich haben viele Menschen möglicherweise keine klare Vorstellung vom Laser. Wie wird beispielsweise Laserlicht erzeugt? Was macht der Laser? Welche Gefahren birgt der Laser? Sofern Sie kein Forscher oder Praktiker auf dem Gebiet der Lasertechnologie sind, kann Ihnen vermutlich niemand diese Frage sofort beantworten.

Damit Ihnen bei solchen Fragen nicht die Worte fehlen, wollen wir heute noch einmal einiges Allgemeinwissen zum Thema Laser aufgreifen!

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Was ist Laser?

Unser intuitiver Eindruck ist, dass ein Laser ein sehr heller und intensiver Lichtstrahl ist. Welches der folgenden Bilder ist also der Laser?

Verschiedene Arten von Leuchtkörpern

Bildquelle: Wikipedia

Die Antwort liegt auf der Hand. Das Bild links zeigt lediglich den Lichtstrahl eines gewöhnlichen Suchscheinwerfers, das Bild in der Mitte das von einer Leuchtdiode (LED) ausgestrahlte Licht und das Bild rechts den berühmten Laser. Die Leuchtprinzipien dieser drei Lichtarten sind unterschiedlich.

Der innere Aufbau eines Suchscheinwerfers und einer Taschenlampe ist ähnlich und besteht im Wesentlichen aus einer Lichtquelle und einem Reflektor. Das von der Lichtquelle ausgestrahlte Licht ändert unter der Einwirkung des Reflektors seine Richtung und wird in Form eines Lichtstrahls nach außen abgegeben. Wenn Sie vor der Lichtquelle eine Linse hinzufügen, können Sie auch den Winkel des Lichtstrahls anpassen.

Interner Aufbau des Suchscheinwerfers Quelle: Eigenbau des Autors

Die Leuchtdiode ist eine Art Halbleiterdiode, die aus zwei Teilen besteht: einem P-Typ-Halbleiter und einem N-Typ-Halbleiter, die ihre Kernkomponenten darstellen. Wenn der Strom eingeschaltet ist, verbinden sich die negative Ladung im N-Bereich und die positive Ladung im P-Bereich miteinander und stimulieren viele Photonen. Diese Photonen breiten sich frei in alle Richtungen aus und bilden so Streulicht. Die leuchtenden Werbetafeln und Neonlichter, die wir häufig sehen, bestehen aus einer großen Anzahl von Leuchtdioden.

Innerer Aufbau einer Leuchtdiode Quelle: Eigenentwicklung des Autors

Laser ist eine besondere Art von Licht, das von einem Laser ausgestrahlt wird , und die in der Abbildung unten gezeigte Laserdiode ist ein Lasertyp. Diese Laserdiode basiert auf einer Leuchtdiode, wobei zwischen der P-Region und der N-Region ein spezieller „Resonanzhohlraum“ hinzugefügt wurde. Auf einer Seite dieses Hohlraums ist ein vollständig reflektierender Spiegel angebracht, durch den Photonen nicht hindurchdringen können. Auf der gegenüberliegenden Seite ist ein teilweise reflektierender Spiegel installiert, der Licht durchlässt, wenn die Intensität einen bestimmten Schwellenwert erreicht.

Innerer Aufbau einer Laserdiode Quelle: Eigenentwicklung des Autors

Wenn die Laserdiode eingeschaltet wird, werden zunächst Photonen durch die Kombination positiver und negativer Ladungen angeregt, ein Vorgang, der dem einer Leuchtdiode ähnelt.

Aufgrund der geringen Anzahl dieser Photonen sind sie jedoch im Resonanzhohlraum „gefangen“ und können nur wie ein Ping-Pong-Ball zwischen den beiden Spiegeln hin und her springen.

Wenn ein Photon auf ein Halbleiteratom trifft, werden durch die Kollision der beiden neue Photonen angeregt, sich dem Rebound-Team anzuschließen. Angetrieben durch einen kontinuierlichen elektrischen Strom werden bei der Kollision immer mehr Photonen angeregt und nehmen an einer neuen Runde von Rückprall und Kollision teil.

Unter dem Einfluss dieses positiven Feedback-„Lawineneffekts“ steigt die Anzahl der Photonen schnell an und passiert schließlich problemlos den teilweise reflektierenden Spiegel auf der rechten Seite, wo sie einen nach außen gerichteten Laserstrahl bilden.

Obwohl dieser Typ von Laserdiode im Leben weit verbreitet ist und in großen Mengen produziert wird, ist er nicht der älteste.

Der erste Laser der Welt war der Rubinlaser, der 1960 vom amerikanischen Wissenschaftler Maiman erfunden wurde. Dieser Laser verwendet eine spiralförmige Blitzröhre als Anregungsquelle für Photonen, während die Rubinsäule der Resonanzhohlraum ist, der zur Verstärkung der Photonenverstärkung verwendet wird. Erst zwei Jahre später erfand das Team von Robert Hall in den General Electric Research Laboratories den ersten Halbleiterlaser auf der Basis von Galliumarsenid. Darüber hinaus zählen zu den gängigen Lasern Gaslaser, Flüssigkeitslaser und Lichtlaser. Abgesehen von den unterschiedlichen Arbeitsmedien sind ihre Arbeitsprinzipien ähnlich.

Rubinlaser-Schemaquelle: Wikipedia

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Was sind die Eigenschaften von Lasern?

Im Vergleich zu normalem Licht wie Sonnenlicht und Lampenlicht ist Laserlicht „reiner“ . Gewöhnliches Licht streut im Allgemeinen in alle Richtungen (die Richtungen der Photonenbewegung sind unterschiedlich) und besteht aus vielen verschiedenen Lichtfarben (die Wellenlängen der Photonen sind unterschiedlich), während Laserstrahlen aus Photonen einer einzigen Wellenlänge und sehr konsistenten Bewegungsrichtungen bestehen und daher monochromatisch, unidirektional und energiereich sind.

Vergleich von normalem Licht (oben) und Laser (unten) Quelle: Eigenproduktion des Autors

Unter anderem macht es die Einseitigkeit des Lasers für das menschliche Auge unmöglich, die Existenz des Lasers von der Seite zu erkennen, und er kann nur undeutlich wahrgenommen werden, wenn er durch Staub in der Luft gestreut wird. Dies ist auch einer der Gründe, warum die Gefahren von Lasern oft ignoriert werden. Denn im Vergleich zu grellen Suchscheinwerfern und hellen LED-Leuchten blenden Laser überhaupt nicht und scheinen nicht so gefährlich zu sein.

Tyndall-Phänomen kann Laser sichtbar machen Quelle: Baidu Enzyklopädie

Tatsächlich sind Laser jedoch sehr gefährlich!

Da Laser über eine hohe Energie verfügen , können sie zum Schneiden von Metallen, Keramik, Kunststoffen und anderen Materialien verwendet werden. sie können dauerhafte Spuren auf der Oberfläche von Materialien hinterlassen; und sie können zum Schweißen verwendet werden, um gleichmäßige und starke Schweißnähte zu bilden. Mithilfe hochenergetischer Laserstrahlen können sogar fortschrittliche Laserwaffen hergestellt werden, die speziell für den Kampf gegen verschiedene Flugzeuge in der Luft konzipiert sind.

Quelle zum Laserschneiden: http://www.hrjgcn.com/news/190.html

Quelle für Laserschweißen: https://www.whsclaser.cn/xinwenzixun/489.html

Schematische Darstellung einer Laserwaffe Quelle: People's Daily Online

Darüber hinaus verfügen Laser über eine starke Kohärenz . Kohärenz bedeutet, dass die Phasenbeziehung zwischen einzelnen Photonen in einem Laserstrahl fest ist und sich nicht zufällig ändert.

Dadurch kann der Laser ein stabiles Interferenzmuster bilden und zudem kann der Laser moduliert und verstärkt werden, wodurch die Übertragung und Verarbeitung von Informationen ermöglicht wird . Die Glasfaserkommunikation nutzt das Kohärenzprinzip von Lasern. Dadurch können Laser, die große Mengen an Informationen transportieren, über große Entfernungen in Glasfasern übertragen werden, sodass wir uns zu Hause jederzeit mit dem WLAN verbinden können.

Faserquelle: https://www.gl268.com/detail/443

Das Erstaunliche ist, dass Laser auch im medizinischen Bereich eingesetzt werden können und zum Schneiden, Abtragen, Koagulieren und für andere Behandlungen an menschlichem Gewebe geeignet sind. Die Vorteile sind geringere Traumata, weniger Blutungen und eine schnellere Genesung. Es wird häufig in der Augenchirurgie, der Hautpflege, der Tumorbehandlung und anderen Bereichen eingesetzt.

Laser sind in vielen Bereichen einsetzbar und daher im gesamten Leben nahezu allgegenwärtig.

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Laser stellen eine große Gefahr für das menschliche Auge dar

Laser sind eine wichtige neue Technologie für die industrielle Modernisierung, die im 13. Fünfjahresplan meines Landes „Made in China 2025“ verankert ist. Als Produkt moderner Technologie ist der Laser jedoch auch ein zweischneidiges Schwert: Er hat nicht nur einen breiten Anwendungswert, sondern birgt auch ein enormes Gefahrenpotenzial für den menschlichen Körper. Die schwerwiegendste dieser Gefahren besteht darin , dass es zu irreversiblen und dauerhaften Augenschäden kommen kann.

Wenn der Laser auf das Auge gerichtet wird, gelangt der Strahl direkt durch die Hornhaut und Linse und gelangt direkt in den Makulabereich der Netzhaut.

In diesem Bereich ist das menschliche Auge am schärfsten zu sehen, seine Wärmeableitungskapazität ist jedoch sehr gering. Sobald die vom Laser übertragene Energie einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, werden die Photorezeptorzellen in der Makula aufgrund des schnellen Temperaturanstiegs zerstört. Kurz gesagt, sie werden „gekocht“ . Man sieht, wie schädlich Laser für das menschliche Auge sind!

Umfragen zufolge gehen in den Vereinigten Staaten jeden Monat durchschnittlich mehr als 20 Berichte über Laserverletzungen ein, bei denen es sich meist um Augenverletzungen handelt. Es scheint, als gäbe es überall unartige Kinder.

Punktförmige gelb-weiße Läsionen, die nach der Bestrahlung mit einem Laser auftraten. Quelle: Sichuan Online

Hierbei ist auch zu beachten, dass der vom Laserstift ausgestrahlte Laser zum sichtbaren Lichtbereich gehört, so dass eine direkte Laserbestrahlung der Augen problemlos vermieden werden kann.

Allerdings können einige Kameras, Radargeräte und andere Geräte Infrarot- und Ultraviolettlaser aussenden, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. Diese unsichtbaren Laser können auch die menschlichen Augen schädigen . Gehen Sie also nicht zu nahe heran und starren Sie nicht hinein!

Quellen:

[1] Liao Lifen, Ma Yunfeng, Cheng Wang, Liu Hao. Analyse des aktuellen Status der Laserproduktsicherheit und des Gefahrenpräventions- und -kontrollmanagements[J]. China Inspection and Testing, 2018, 26(02): 63-64. DOI: 10.16428/j.cnki.cn10-1469/tb.2018.02.018.

[2]Laser. Wikipedia. https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%BF%80%E5%85%89

Autor: Liuhuo

Ingenieur an einem Forschungsinstitut der Waffenindustrie