Ratgeber
Laser-Technik ist weder aus dem Alltag noch aus der Industrie wegzudenken. Für DIY-Projekte, CNC-Aufgaben, Fragestellungen der Messtechnik und in vielen weiteren Bereichen sind Laser gefragt. Was sind Lasermodule? Gibt es neben Punkten und Linien noch weitere Abstrahlungsmöglichkeiten? Ist Rot die einzige Farbe? In unserem Ratgeber beantworten wir die wichtigsten Fragen.
Lasermodule sind elektrische Bauteile, die Laserstrahlung nutzen, wobei der Begriff Laser für „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“ steht. Laser-Module ermöglichen also eine Lichtverstärkung durch die stimulierte Emission von Strahlung.
Definition Optoelektronik
Ob rot, grün oder blau: Laserdioden gehören in den Bereich der Optoelektronik, denn hier fließen das Gebiet der Optik und das der Halbleiterelektronik zusammen.
Die Module werden alternativ als Laserdioden (kurz LD) bezeichnet, auch wenn die Diode streng genommen nur der Hauptbestandteil neben der Steuerelektronik samt elektrischer Anschlüsse ist. In den Dioden verbaut sind Emitter: Ein Einzelemitter ist oft nur 100 Mikrometer hoch und 500 bis 1.000 Mikrometer breit. Die aktive Zone beschränkt sich meist auf gerade einmal 1 Mikrometer.
Ein dritter Name lautet Halbleiterlaser, basierend auf dem genutzten Halbleitermaterial. Laser-Dioden dürfen dabei nicht mit Licht-Dioden verwechselt werden. Beides sind optische Lichtquellen aus einem Halbleiter, doch Licht-Dioden (Photodioden) wie LEDs dienen zur Beleuchtung und nutzen dafür eine Wellenlänge zwischen 820 und 870 nm. Ihre Ausgangsleistung ist vergleichsweise gering und liegt bei 3 mW.
Anders als bei einer streuenden Leuchtdiode erfolgt bei Laserdioden eine starke Bündelung des Lichtes. Lasermodule decken je nach Einsatzbereich 375 bis 3.330 nm ab und können eine Leistungsabstrahlung von unter einem mW bis 15.000 mW besitzen. Welche Wellenlänge erreicht wird, hängt vom gewählten Halbleitermaterial ab. Während beispielsweise das Licht von Laserpointern noch optisch für menschliche Augen wahrnehmbar ist, kann die Strahlqualität auch die von Röntgenstrahlung erreichen und damit „unsichtbar“ für Menschen sein.
Was ist der p-n-Übergang?
Es handelt sich um den Materialübergang in den Halbleiterkristallen, jeweils zwischen Bereichen mit gegensätzlicher Dotierung.
Die Wahl des Moduls hängt wesentlich vom Einsatzspektrum ab. Die wichtigsten Möglichkeiten je nach Wellenlänge sind:
| Wellenlänge | Beispiele für den Einsatz |
|---|---|
| 405 nm | Laufwerke für Blu-ray |
| 532 nm | Grüne Laserpointer |
| 635 nm | Rote Laserpointer, etwa für Vermessungsarbeiten |
| 657 nm | Laufwerke für DVD |
| +/- 670 nm | Barcodelesegeräte |
| 785 nm | Laserdrucker |
| 1310 nm | Datenübertragung in Glasfasernetzen |
Weiterer Einsatzmöglichkeiten von Laserdioden finden sich in elektrischen Wasserwaagen, diversen Mess- und Testschaltungen sowie in Lichtschranken. Seltener anzutreffen ist ein blaues Lasermodul, doch blaue Laser mit rund 450 nm sind bei der industriellen Bildverarbeitung im Einsatz. Blaue Laserdioden erlauben in Kombination mit Hardware und Software die beste industrielle Qualitätssicherung dank Bilderfassung- und Bildverarbeitung.
Auch in Spielekonsolen werden Lasermodule genutzt, ebenso dienen die Module als Sensoren in Eingabegeräten wie der PC-Maus und im technischen Bereich ermöglichen Laser die Arbeit von Graviermaschinen.
Im medizinischen Sektor werden CO₂-Laser mit hoher Leistung unter anderem in der Chirurgie genutzt und im Forschungssektor sind Diodenlaser mit externen Resonatoren gefragt.
Eine Sonderform der Lasermodule bilden Sternenprojektoren, die zu dekorativen Gründen oder als Lehrmaterial genutzt werden können. Durch Gravuren wird der Laser so gestreut, dass in einer festgelegten Distanz eine exakte Abbildung des Sternenhimmels entsteht.
Bekannte Hersteller von Lasermodulen sind Laserfuchs Lasermodul, Laser Components, Gresser Laser und Picotronic.
Das wichtigste Auswahlkriterium für Lasermodule ist die Laser-Klasse. Über sie wird nach SN EN 60825-1 definiert, wie hoch die Leistung und damit auch die potenzielle Gefahr durch die Diode ausfällt.
| Klasse | Beschreibung |
|---|---|
| 1 | Laser-Diode ungefährlich oder verborgen im Gehäuse |
| 1C | Laserlicht zugänglich, gefahrlos für Augen, mögliche Gefahr für Haut |
| 1M | Laser zugänglich, ungefährlich ohne optische Hilfsmittel wie Lupen |
| 2 | Laser-Diode zugänglich, Licht zwischen 400 und 700 nm, ungefährlich bei Blickkontakt bis 0,25 Sekunden |
| 2M | Vergleichbar zu Klasse 2, solange Verzicht auf optische Hilfsmittel |
| 3R | Laser zugänglich, Gefahr für Augenlicht |
| 3B | Laser-Diode zugänglich, Gefahr für Augenlicht und Haut |
| 4 | Laser zugänglich, große Gefahr für Gewebe, zudem Brand- und Explosionsgefahr |
Es gibt eine Reihe weiterer Merkmale, die vor dem Kauf der Lasermodule beachtet werden sollten.
Farbe
Die Wellenlänge der Laserdiode entscheidet unmittelbar über die Farben:
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Blau bei 420 bis 480 nm
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Grün bei 500 bis 565 nm
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Gelb bei 565 bis 575 nm
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Orange bei 575 bis 605 nm
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Rot bei 605 bis 780 nm
Danach geht die Wellenlänge der Laserdiode in Infrarot-Bereiche über:
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Nahes Infrarot 750 nm bis 1675 nm
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Infrarot-Laserdioden bis 3000 nm
Art der Abstrahlung
Die Abstrahl-Charakteristik fällt in einen der folgenden Bereiche:
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Punkt (für Laserpointer und viele DIY-Aufgaben)
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Linie (rote oder grüne Laser der Messtechnik)
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Kreuzlinie (rote oder grüne Laserdioden der Messtechnik)
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Expander (aufgeweitete Laserstrahlen)
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DOE (diffraktive optische Elemente für spezielle Strahlen wie gepunktete Linien)
Arbeitsabstand
Für die optische Leistung ist auch der benötigte Arbeitsabstand entscheidend. Der Öffnungswinkel des Laser-Moduls entscheidet, ob der Laser nur wenige Millimeter, Zentimeter oder Meter vom Zielobjekt entfernt sein darf. Im Shop finden Sie Geräte ab 35 Millimeter und bis 150 Meter hohen Arbeitsabstand.
Fokussierbarkeit
Je stärker der Laser fokussierbar ist, desto höher ist die Leistungsdichte in Form eines Brennpunktes. Das erlaubt präzises Arbeiten, beispielsweise an CNC-Maschinen.
Leistung und Betriebsspannung
Die Leistung wird in Milliwatt angegeben und beginnt bei unter 0,1 mW, geht über 50 mW und reicht etwa für Schneidearbeiten weit darüber hinaus. Module for CNC Laser Engraving Machines arbeiten beispielsweise bereits mit 15.000 mW. Für die Versorgung mit Strom muss die passende Spannung angelegt sein. Üblich sind 3 bis 14 Volt, doch auch Laserdioden mit einer Versorgungsspannung bis 30 Volt sind gängig.
Gut zu wissen: Für alle Elektro- und Elektronikgeräte gilt die EU-Richtlinie RoHS. Der Einsatz gefährlicher Stoffe wird über die RoHS-Richtlinien geregelt. Auch Lasermodule müssen RoHS-konform sein.
Installation
In manchen Fällen wird das Modul als Diodenlaser im Kit angeboten und besitzt ein Netzteil. Es übernimmt die Transformation aus dem Strom-Netz: von Netzspannung zur Power-Betriebsspannung.
Meist werden die Lasermodule jedoch mit offenen Kabelenden ausgestattet, sodass die Installation in bestehende Maschinen samt Anschluss an den Strom erfolgen kann.