Stand der Tech­nik

Production Partner - - Special | Lasertechnik - Text: Ebi Ko­the | Fo­tos: Sol­lin­ger, Ralf Lot­tig (Tarm), To­bi­as Schnitz­ler (Klang­lich­ter), Andre­as Ei­rai­ner (La­ser­fa­brik), La­ser­world, Mar­ti­na Ruff (Lps-la­ser).

Die Er­zeu­gung der La­ser-beams be­ruht auf ver­schie­de­nen Tech­ni­ken, die Stär­ken und Schwä­chen in der op­ti­schen Qua­li­tät ha­ben – und das Bud­get mehr oder we­ni­ger be­las­ten. Zu­sam­men mit der An­steue­rung ent­schei­den sie dar­über, wie das krea­ti­ve Er­geb­nis ge­lingt.

La­ser – der Be­griff ist tat­säch­lich nur ei­ne Ab­kür­zung und steht für „light am­pli­fi­ca­ti­on by sti­mu­la­ted emis­si­on of ra­dia­ti­on“, über­setzt „Licht-ver­stär­kung durch ei­ne sti­mu­lier­te Emis­si­on von Strah­lung“. Hier soll es je­doch nicht um ei­ne Auf­fri­schung des Phy­sik­kur­ses oder ei­ne Bau­an­lei­tung für die­se Ge­rä­te ge­hen, son­dern be­schrie­ben wer­den, wel­che tech­no­lo­gi­schen Ent­wick­lun­gen er­reicht wur­den und über wel­che Be­son­der­hei­ten und Un­ter­schie­de ak­tu­el­le Ge­rä­te ver­fü­gen. Bei Wi­ki­pe­dia er­fährt man bei In­ter­es­se noch, dass „die be­son­de­ren Ei­gen­schaf­ten der La­ser­strah­len durch ih­re Er­zeu­gung in Form ei­ner sti­mu­lier­ten Emis­si­on ent­ste­hen. Der La­ser ar­bei­tet wie ein op­ti­scher Ver­stär­ker, ty­pi­scher­wei­se in re­so­nan­ter Rück­kopp­lung. Die da­zu er­for­der­li­che Ener­gie wird von ei­nem La­ser­me­di­um (bei­spiels­wei­se Kris­tall,

Gas oder Flüs­sig­keit) be­reit­ge­stellt, in dem auf­grund äu­ße­rer Ener­gie­zu­fuhr ei­ne Be­set­zungs­in­ver­si­on herrscht. Die re­so­nan­te Rück­kopp­lung ent­steht in der Re­gel da­durch, dass das La­ser­me­di­um sich in ei­nem elek­tro­ma­gne­ti­schen Re­so­na­tor für die Strah­lung be­stimm­ter Rich­tung und Wel­len­län­ge be­fin­det.“

Ei­ne Lö­sung, die ein Pro­blem sucht

Kein Ge­rin­ge­rer als Albert Ein­stein be­schrieb aber be­reits 1917 die theo­re­ti­schen Grund­la­gen ei­ner sti­mu­lier­ten Emis­si­on als Um­keh­rung der Ab­sorp­ti­on. Ers­te nach die­sem Prin­zip ar­bei­ten­de Ge­rä­te ent­stan­den Mit­te der 50er-jah­re. Da die­se je­doch nur im Be­reich der Mi­kro­wel­len­strah­lung ar­bei­te­ten, wur­den sie kor­rek­ter­wei­se als „Ma­ser“be­zeich­net. Ei­ne an­de­re schil­lern­de his­to­ri­sche Per­sön­lich­keit – der ex­zen­tri­sche ame­ri­ka­ni­sche Mil­li­ar­där Ho­ward Hug­hes – leis­te­te sich zu die­ser Zeit be­reits ei­nen „Thinktank“wie heu­te Goog­le & Co: In den Hug­hes Re­se­arch La­bo­ra­to­ries er­forsch­ten Wis­sen­schaft­ler al­les Mög­li­che. Als „Ab­fall­pro­dukt“ent­wi­ckel­te Theo­do­re Mai­man dort den ers­ten La­ser, oh­ne dass man da­für über­haupt ei­ne kon­kre­te An­wen­dung hat­te. Er selbst be­schrieb sei­ne Er­fin­dung als „ei­ne Lö­sung, die ein Pro­blem sucht“.

Heu­te ist ein La­ser in vie­len Din­gen un­se­res täg­li­chen Le­bens zu fin­den – vom Ent­fer­nungs­mes­ser über Cd-spie­ler, in der Me­di­zin, in der In­dus­trie und auch als Waf­fe, so­wohl als Je­di­schwert als auch im rea­len mi­li­tä­ri­schen Be­reich. La­ser gibt es für Strah­lun­gen in ver­schie­de­nen Be­rei­chen des elek­tro­ma­gne­ti­schen Spek­trums: von Mi­kro­wel­len (Ma­ser) über In­fra­rot, sicht­ba­res Licht, Ul­tra­vio­lett bis hin zu Rönt­gen­strah­lung. Hier in­ter­es­siert uns je­doch nur der Be­reich des sicht­ba­ren Lichts mit Wel­len­län­gen von et­wa 400 bis 700 Na­no­me­ter. Das aus­tre­ten­de Licht ei­nes La­sers hat ei­nen en­gen Fre­quenz­be­reich und ist mo­no­ch­ro­ma­tisch (ein­far­big). In der La­ser­bran­che wird da­her auch nicht die Far­be mit pro­fa­nen Be­grif­fen wie Rot oder Blau, son­dern prä­zi­se mit der Wel­len­län­ge in Na­no­me­tern be­zeich­net. Die ers­ten Show­la­ser wur­den in den 80er Jah­ren ein­ge­setzt und gal­ten als In­be­griff von Fort­schritt­lich­keit und Zu­kunfts­vi­si­on. Es war al­ler­dings auch fest­zu­stel­len, dass mit den Jah­ren durch den in­ten­si­ven Ein­satz von La­ser­shows in Groß­raum­dis­ko­the­ken und spä­ter selbst in Fest­zel­ten ei­ne ge­wis­se Über­sät­ti­gung ent­stand, die das bis da­hin blank­blit­zen­de fu­tu­ris­ti­sche Image zeit­wei­se et­was matt wer­den ließ.

Licht­strah­len sicht­bar ma­chen

Das zu Grun­de lie­gen­de Prin­zip hat sich hier trotz tech­no­lo­gi­scher Ent­wick­lung in den letz­ten Jah­ren nicht ge­än­dert: es wird ein en­ger Licht­strahl er­zeugt, der über Um­lenk­spie­gel ab­ge­lenkt und sehr schnell be­wegt wird. Durch die Träg­heit des mensch­li­chen Au­ges wird ein schnell zwi­schen Punkt A und Punkt B hin und her wan­dern­der Punkt als ste­hen­der Strich wahr­ge­nom­men – ein Ef­fekt, der sich bei Dun­kel­heit mit der schnel­len Be­we­gung ei­ner glim­men­den Zi­ga­ret­te ein­fach si­mu­lie­ren lässt. Da sich das für den Be­trach­ter sicht­ba­re Bild ei­ner Gra­fik aus Li­ni­en und nicht aus Ein­zel­punk­ten zu­sam­men­setzt, han­delt es sich da­bei um vek­tor­ba­sie­ren­de Darstel­lun­gen.

Grund­sätz­lich kann man die An­wen­dungs­be­rei­che ei­nes Show­la­sers in die Be­rei­che Beam­show und Gra­fik­show un­ter­tei­len. Wird im ers­ten Fall der Licht­strahl in den für den Zu­schau­er sicht­ba­ren Raum ge­lenkt, wer­den im zwei­ten Fall Flä­chen ge­nutzt, um mit dem dar­auf auf­tref­fen­den Licht­strahl Darstel­lun­gen zu er­zeu­gen. Zur Sicht­bar­keit ei­nes La­ser­strahls im Raum wird noch ein Me­di­um be­nö­tigt, da die­ser oh­ne Re­fle­xi­ons­mög­lich­keit nur auf ei­ner auf­tref­fen­den Flä­che sicht­bar wä­re. Im Au­ßen­be­reich reicht manch­mal die be­ste­hen­de Luft­feuch­tig­keit aus; auch Re­gen oder Schnee

las­sen sich gut als Me­di­um nut­zen, un­ter­lie­gen aber na­tür­lich nicht der Pl­an­bar­keit. Güns­tig zur Sicht­bar­keit sind auch Schwe­be­teil­chen in der Luft wie Smog oder Sand, was Shows in Chi­na oder den ara­bi­schen Län­dern zu Gu­te kommt – auch wenn dies an­sons­ten un­er­wünscht ist.

Mit­tels Ha­zer-ne­bel­ma­schi­nen, die ei­nen fei­nen Dunst im Raum er­zeu­gen, kann ei­ne Re­fle­xi­ons­mög­lich­keit her­ge­stellt wer­den. Mit Stan­dard-ne­bel­ma­schi­nen, die Schwa­den oder Wol­ken er­zeu­gen, wer­den zu­sätz­li­che Kon­tu­ren pro­du­ziert. Die kon­trol­lier­te Pro­duk­ti­on von Ne­bel in den je­wei­lig ge­wünsch­ten Be­rei­chen bei Out­door­ver­an­stal­tun­gen ist na­tur­ge­mäß ab­hän­gig von den Um­welt­ein­flüs­sen schwie­ri­ger. Da­her wer­den oft Ne­bel­ma­schi­nen auf al­len Sei­ten des zu be­spie­len­den Raums in­stal­liert, um auf sich än­dern­de Wind­rich­tun­gen re­agie­ren zu kön­nen.

Ne­ben dem ge­nann­ten Ne­bel kann auch Was­ser als kon­trol­lier­tes Me­di­um ein­ge­setzt wer­den, wel­ches durch Dü­sen wie zum Bei­spiel mit Fon­tä­nen in den ge­wünsch­ten Raum ge­sprüht wird. Mit durch ne­ben­ein­an­der an­ge­ord­ne­ten Dü­sen las­sen sich „Was­ser­vor­hän­ge“er­zeu­gen, die als tem­po­rä­re Flä­chen ei­ne Gra­fik­show er­mög­li­chen. Für gra­fi­sche Darstel­lun­gen eig­nen sich wei­ter­hin al­le Flä­chen wie Häu­ser­fas­sa­den, Bö­den so­wie Lein­wän­de und Ga­zen als Auf- und Rück­pro­jek­ti­on. „Heu­te wer­den Show­la­ser oft als Teil ei­ner Ge­samt­in­sze­nie­rung ge­mein­sam mit an­de­ren Ge­wer­ken wie Ton, Licht, Py­ro, Ki­ne­tik und Was­ser ein­ge­setzt“, sagt La­ser­show-grand­sei­gneur Ralf Lot­tig von der Fir­ma Tarm Show­la­ser, die sich be­reits seit den acht­zi­ger Jah­ren mit der Durch­füh­rung von La­ser­shows be­schäf­tigt.

Ent­wick­lung der Strahl­er­zeu­gung

Maß­geb­li­che Än­de­run­gen wur­den seit Be­ginn des Ein­sat­zes von Show­la­sern im Be­reich der Strahl­er­zeu­gung er­zielt. In den An­fangs­zei­ten wur­den mit Ga­sen – zum Bei­spiel Ar­gon oder Kryp­ton – ge­füll­te Glas- oder Ke­ra­mi­kröh­ren ver­wen­det, bei de­nen – ver­ein­facht dar­ge­stellt – die ent­hal­te­nen Ga­se zum Leuch­ten an­ge­regt und über in der Röh­re be­find­li­che Spie­gel so lan­ge re­flek­tiert wur­den, bis sie die ge­wünsch­te Strahl­rich­tung er­reich­ten und nur so die Röh­re als eng ge­bün­del­ter Licht­strahl ver­las­sen konn­ten. Die Far­be des er­ziel­ten Lichts war da­bei im­mer ab­hän­gig von dem je­wei­lig ver­wen­de­ten Gas. Zur Er­rei­chung ei­ner Viel­far­big­keit des Strahls wur­den meh­re­re La­ser ver­schie­de­ner Far­ben in ei­nem Ge­rät ein­ge­baut und de­ren Ein­zel­strah­len über Um­lenk­spie­gel zu ei­nem mehr oder we­ni­ger wei­ßen Ge­samt­strahl zu­sam­men­ge­führt. Die Strahl­er­zeu­gung er­folg­te da­bei per­ma­nent; woll­te man die­se un­ter­bre­chen oder die Hel­lig­keit her­ab­set­zen, muss­te man den Licht­strahl durch me­cha­ni­sche Ele­men­te vor Aus­tritt aus dem Ge­rät mit ei­nem Shut­ter un­ter­bre­chen oder in der Hel­lig­keit mi­ni­mie­ren. Spä­ter wur­den auch mit Misch­ga­sen be­trie­be­ne Ge­rä­te ent­wi­ckelt, die di­rekt aus ei­nem Rohr ver­schie­de­ne Far­ben er­zeug­ten. Durch Leis­tungs­an­glei­chung der ver­schie­de­nen Far­b­an­tei­le konn­te so di­rekt ein ei­ni­ger­ma­ßen wei­ßer La­ser­strahl pro­du­ziert wer­den.

Auf der in den da­ma­li­gen Ge­rä­ten ent­hal­te­nen und an den ei­gent­li­chen La­ser an­ge­setz­ten so­ge­nann­ten „op­ti­schen Bank“, ei­ner Mon­ta­ge­plat­te für ver­schie­de­ne op­ti­sche Ele­men­te, wur­den dann im Strahl­ver­lauf auch dich­roi­ti­sche Farb­fil­ter mon­tiert, die eben­falls elek­tro­nisch ge­steu­ert in den Strahl be­wegt wer­den konn­ten, um nun wie­der ein­zel­ne Far­ben pro­du­zie­ren zu kön­nen – mit ei­ner der Grün­de, war­um die­se Ge­rä­te da­mals so vo­lu­mi­nös wa­ren. Spä­te­re Tech­nik er­laub­te ei­ne Mo­du­la­ti­on des Strahls mit Hil­fe von akus­to-op­ti­scher Mo­du­la­to­ren (AOM), die eben­falls zu ei­ner ge­wünsch­ten Farb­ver­än­de­rung führ­te. Zu die­ser Zeit hat­ten Show­la­ser noch die Grö­ße ei­nes Groß­fa­mi­li­en­kühl­schranks,

be­nö­tig­ten für die Aus­gangs­leis­tung von 12 Watt Strom­an­schlüs­se von CEE 125 A und ei­ne an der ört­li­chen Was­ser­ver­sor­gung an­ge­schlos­se­ne durch­lau­fen­de Was­ser­küh­lung, um die ver­blei­ben­de Rest­wär­me ab­zu­trans­por­tie­ren – als „in­ef­fi­zi­en­ter Durch­lauf­er­hit­zer“öko­lo­gisch heu­te kaum trag­bar.

Nach dem tech­no­lo­gi­schen Zwi­schen­schritt über mit­tels In­fra­rot la­ser di­oden ge­pump­ter Fest­kör­per( D PPS Di­ode Pum­ped So­lid Sta­te – Di­oden ge­pump­ter Fest­kör­per La­ser) ver­wen­det man heu­te im Show­be­reich zur Licht­er­zeu­gung La­ser­di­oden oder OPSL (Op­ti­cal­ly Pum­ped Se­mi­con­duc­tor La­ser – op­tisch ge­pump­te Halb­lei­ter­la­ser) und ist da­mit in­der La­ge, we­sent­lich kom­pak­te­re und ef­fi­zi­en­te­re Ge­rä­te in­der Grö­ße ei­nes Kon­fe­renz­raum pro jek tors mit Luft küh­lung durch ein­ge­bau­te Ven­ti­la­to­ren zu bau­en, die mit ei­ne mS chu­ko­an­schluss­fü rei­ne Leis­tungs­auf­nah­me von 900 Watt ver­se­hen sind und ei­ne Aus­gangs­leis­tun­gen von 30 Watt er­rei­chen. Durch die er­heb­li­che tech­no­lo­gi­sche Ver­ein­fa­chung und die da­durch re­du­zier­ten Kos­ten fin­det man heu­te auch Ge­rä­te, die als Club- oder Par­ty­la­ser mit sound-to-light-steue­run­gen schon für we­ni­ge hun­dert Eu­ro an­ge­bo­ten wer­den und eben­falls als Show­la­ser be­zeich­net wer­den könn­ten. Im Fo­kus ste­hen aber bei den wei­te­ren Aus­füh­run­gen Tech­ni­ken im pro­fes­sio­nel­len Be­reich.

La­ser-ty­pen

In­der La­ser­tech­no­lo­gie wird zwi­schen„ Dau­er strich la­sern“(con­ti­nuous-wa­ve la­ser, cw-la­ser) und „ge­puls­ten La­sern“un­ter­schie­den. Letz­te­re er­zeu­gen L eis tungs­in­ten­si­täts spit­zen in­der Emis­si­on und sind da­her be­son­ders ge­fähr­lich, wes­halb im Show­be­reich üb­li­cher­wei­se Dau­er­strich­la­ser Ver­wen­dung fin­den. Die Leis­tung von Show­la­sern wird in Watt an­ge­ge­ben und be­zieht sich auf die Ge­samt­wat­ta­ge al­ler ein­ge­bau­ten Qu­el­len. Vom Her­stel­ler be­zeich­ne­te Leis­tungs­an­ga­ben kön­nen sich auf die Wer­te so­wohl nach als auch vor den im Ge­rät be­find­li­chen op­ti­schen Ele­men­ten be­zie­hen. Ers­te be­zeich­nen die Wer­te am Ge­rä­teaus­gang, wäh­rend letz­te­re di­rekt an der Qu­el­le ge­mes­sen wer­den und Ver­lus­te durch die im Ge­rät ent­hal­te­nen Op­ti­ken und Spie­gel ver­nach­läs­si­gen.

Die Leis­tungs­an­ga­ben durch die Her­stel­ler er­fol­gen da­bei mit ei­ner ge­wis­sen Va­ria­ti­on; manch­mal wer­den Mi­ni­ma­lund Ma­xi­mal­wer­te ei­nes Ge­räts ge­nannt. Bei Un­ter­schrei­tung des Mi­ni­mal­werts ei­nes ge­kauf­ten Ge­räts hät­te der Käu­fer ei­nen Er­satz­an­spruch an den Ver­käu­fer. Die

Ma­xi­mal­an­ga­ben sol­len ne­ben der kor­rek­ten Ei­n­ord­nung in La­ser­schutz­klas­sen die dar­aus re­sul­tie­ren­den not­wen­di­gen Be­rech­nun­gen und Si­cher­heits­maß­nah­men er­mög­li­chen. An­de­re Her­stel­ler be­zeich­nen ih­re Ge­rä­te­leis­tung mit „ga­ran­tier­ten X Watt oder hö­her“.

La­ser wur­den von der In­ter­na­tio­nal Elec­tro­tech­ni­cal Com­mis­si­on in der Norm IEC 60825-1 ent­spre­chend ih­rer „Grenz­wer­te der zu­gäng­li­chen Strah­lung“(GZS) klas­si­fi­ziert. Die­se Ein­tei­lung be­zieht sich nicht al­lein auf den Show­be­reich, son­dern er­fasst al­le La­ser­an­wen­dun­gen, vom La­ser­poin­ter bis zum Stahl­plat­ten schnei­den­den In­dus­trie­laser. Im pro­fes­sio­nel­len Show­be­reich sind nur die bei­den höchs­ten Klas­sen 3B und 4 re­le­vant, da die dar­un­ter lie­gen­den Klas­sen auf­grund der ge­rin­gen Leis­tung üb­li­cher­wei­se nicht ge­eig­net sind, um bei Ver­an­stal­tun­gen ein­ge­setzt zu wer­den. Die Klas­se 3B gilt für Dau­er­strich­la­ser bis zu 500 mw, al­le dar­über lie­gen­den Ge­rä­te un­ter­lie­gen der Klas­se 4. Zu­stän­dig für die ord­nungs­ge­mä­ße Klas­si­fi­zie­rung ei­nes Ge­räts ist der je­wei­li­ge Her­stel­ler.

Di­oden und OPSL: War­tung, Tech­nik, Kos­ten

La­ser­di­oden und OPSL ge­ben nur mo­no­ch­ro­ma­ti­sches Licht ab – da­her wer­den auch bei der ak­tu­el­len Tech­nik Misch­far­ben durch die Ver­wen­dung meh­re­rer Mo­du­le un­ter­schied­li­cher Far­ben er­zeugt, de­ren Strah­len wie­der­um durch op­ti­sche Ele­men­te über­ein­an­der­ge­legt wer­den. Die­se müs­sen ex­akt jus­tiert wer­den, um ei­nen mög­lichst ho­mo­ge­nen Strahl zu er­rei­chen. Durch Er­schüt­te­rung der Ge­rä­te wie zum Bei­spiel durch Trans­port kann es nö­tig sein, die­se Fein­jus­ta­gen er­neut ein­zu­stel­len. Da da­zu am of­fe­nen Ge­rät mit zwar in der Leis­tung re­du­zier­tem, aber den­noch ak­ti­vem Strahl ge­ar­bei­tet wer­den muss (denn sonst kann man nichts ein­stel­len), sind da­bei na­tür­lich die da­für ent­spre­chen­den Vor­sichts­maß­nah­men für den Durch­füh­ren­den Pflicht. Auch soll­ten die­se Ar­bei­ten in ei­nem mög­lichst staub­frei­en Raum durch­ge­führt wer­den, da­mit sich kei­ne Par­ti­kel auf den Ele­men­ten ab­set­zen und dort ein­bren­nen kön­nen. Man­che Her­stel­ler bie­ten hier von au­ßen oh­ne Ge­häu­se­de­mon­ta­ge zu­gäng­li­che oder im Ge­rät ein­ge­bau­te, fern­steu­er­ba­re mo­to­ri­sche Jus­ta­ge­mög­lich­kei­ten.

La­ser­di­oden sind in der Her­stel­lung güns­ti­ger, aber nicht so leis­tungs­stark wie OPSL. Wer­den hö­he­re Leis­tun­gen be­nö­tigt als ei­ne ein­zel­ne La­ser­di­ode er­rei­chen kann (de­ren Ein­zel­leis­tung bau­art­be­dingt be­grenzt ist), wer­den meh­re­re La­ser­di­oden der glei­chen Far­be (Di­odenar­ray) ver­wen­det und

die ein­zel­nen Strah­len über Spie­gel zu ei­nem ein­far­bi­gen Ge­samt­strahl ver­eint. In Be­zug auf die An­steue­rung wer­den al­le Di­oden ei­nes Ar­rays wie ei­ne ein­zi­ge Qu­el­le ver­wal­tet. Her­stel­ler­ab­hän­gig wer­den für Ar­rays ei­ner Far­be ge­kap­sel­te war­tungs­freie Mo­du­le ver­wen­det oder auch Auf­bau­ten an­ge­bo­ten, bei de­nen die Ein­zel­jus­ta­ge je­der ein­zel­nen La­ser­di­ode auch nach­träg­lich vor­ge­nom­men wer­den kann. Die Strahl­qua­li­tät von La­ser­di­oden in Be­zug auf Profil, Di­ver­genz und Strahl­durch­mes­ser ist her­stel­ler­ab­hän­gig und er­reicht oft nicht die Wer­te von OPSL oder die der (mitt­ler­wei­le his­to­ri­schen) Gas­la­ser. Die Strahl­pro­fi­le bei La­ser­di­oden sind nicht im­mer gleich­mä­ßig, kön­nen aber durch zu­sätz­li­che op­ti­sche Ele­men­te mit­tels Beam­s­ha­ping ver­bes­sert wer­den. Un­ter der Di­ver­genz ver­steht man da­bei die Auf­wei­tung des Licht­strahls mit zu­neh­men­der Ent­fer­nung. Mit ge­rin­ge­rer Di­ver­genz und ge­rin­gem Strahl­durch­mes­ser ist der Licht­punkt auch bei grö­ße­rer Ent­fer­nung noch klein und er­mög­licht so prä­zi­se­re Darstel­lun­gen – ein Vor­teil be­son­ders bei gra­fi­schen Darstel­lun­gen. Bei Bea­mef­fek­ten wie zum Bei­spiel ei­nem Tun­nel oder Fä­cher im Raum ist der Un­ter­schied nicht so re­le­vant. Di­ver­genz wird in der Ein­heit Mil­li­ra­di­ant (mrad) an­ge­ge­ben und be­zieht sich üb­li­cher­wei­se auf den Ge­samt­strahl (full ang­le di­ver­genz). Ist der Strahl­durch­mes­ser be­reits am Ge­rä­teaus­gang re­la­tiv groß, ist es ein­fa­cher gu­te Di­ver­genz­wer­te zu er­hal­ten.

Opsl-mo­du­le, die ein­zeln et­wa so groß wie ei­ne Zi­ga­ret­ten­schach­tel sind und aus­schließ­lich von der Fir­ma Co­he­rent her­ge­stellt wer­den, gibt es in ver­schie­de­nen Gü­te­klas­sen. Mit ei­nem Hd-mo­dul mit TEM00 ist es mög­lich, ei­nen La­ser­strahl oh­ne wei­te­re op­ti­sche Be­ar­bei­tung über ei­ne Dis­tanz von 1.000 Me­tern oh­ne nen­nens­wer­te Auf­wei­tung zu er­hal­ten. Die Be­zeich­nung TEM steht für trans­ver­se elec­tro­ma­gne­tic

mo­de (trans­ver­sal­elek­tro­ma­gne­ti­sche Wel­le). Bei TEM00 ist die Hel­lig­keit des Strahl­punkts in der Gauß­schen Kur­ve gleich­mä­ßig ver­teilt, wo­durch der Strahl­punkt per­fekt rund ist.

Der Preis­un­ter­schied der bei­den Tech­no­lo­gi­en ist al­ler­dings zu be­ach­ten; er ist ab­hän­gig von den je­wei­li­gen Far­ben: Wäh­rend der Un­ter­schied zwi­schen OPSL und Di­ode in der Far­be Grün nicht mehr so we­sent­lich ist, sind Di­oden in Rot und Blau be­reits für ei­nen Bruch­teil des Prei­ses von Opsl­mo­du­len er­hält­lich. Nach Preis­lis­te kos­tet ein OPSL-MO­DUL (5 Watt) mit der Far­be Rot (639 nm) cir­ca. 49.000 Us-dol­lar, ein OPSL-MO­DUL mit 5 Watt in Grün (532 nm) wie­der­um cir­ca ein Drit­tel da­von. Die Prei­se von Di­odenar­rays in Rot und Blau mit ak­zep­ta­blen Strahl­wer­ten lie­gen (im Ver­gleich zur Opsl-tech­nik ent­spre­chen­der Far­ben und Leis­tung) bei et­wa ei­nem Vier­tel. Manch­mal an­ge­führ­te Un­ter­schie­de bei der Le­bens­dau­er zwi­schen OPSL und Di­oden müs­sen zu­rück­hal­tend be­trach­tet wer­den und sind oft ab­hän­gig von den wei­te­ren ver­wen­de­ten Bau­tei­len und Trei­bern. In der Rea­li­tät wer­den die für Show­la­ser ver­wen­de­ten Mo­du­le nur sel­ten in den zeit­li­chen Grenz­be­rei­chen der je­wei­li­gen Tech­no­lo­gi­en ein­ge­setzt.

Farb­mi­schung

Durch ein mit RGB be­stück­tes Ge­rät las­sen sich die ent­spre­chen­den Misch­far­ben er­zeu­gen. Ziel ist es oft, mit mög­lichst ge­rin­ger Aus­gangs­leis­tung ei­nen mög­lichst gu­ten Far­beffekt zu er­zeu­gen. Be­nutzt man Qu­el­len mit dunk­len Far­ben, be­nö­tigt man mehr Leis­tung, um die ge­wünsch­ten Misch­far­ben zu er­zeu­gen. Mit Qu­el­len mit hel­le­ren Far­ben be­nö­tigt man we­ni­ger Leis­tung, ist da­für aber ein­ge­schränk­ter in der Er­rei­chung der ge­wünsch­ten Misch­far­ben. Die auf dem Markt er­hält­li­che Farb­viel­falt – ins­be­son­de­re bei La­ser­di­oden – ist al­ler­dings trotz stän­di­ger Wei­ter­ent­wick­lung noch be­grenzt. Erst vor we­ni­gen Jah­ren wur­den La­ser­di­oden ent­wi­ckelt, die di­rekt grü­nes Licht er­zeu­gen kön­nen, was bis da­hin nur über den auf­wän­di­gen Um­weg mit­tels DPSS (di­ode pum­ped so­lid sta­te, Di­oden ge­pump­ter Fest­kör­per) mög­lich war. Wäh­rend blaue Di­oden heu­te mitt­ler­wei­le re­la­tiv güns­tig her­ge­stellt wer­den, sind Di­oden in Grün al­ler­dings im­mer noch re­la­tiv teu­rer.

Es wer­den auch Ge­rä­te an­ge­bo­ten, die zur Er­wei­te­rung des Far­b­raums wei­te­re Mo­du­le mit zu­sätz­li­chen Far­ben be­inhal­ten, wo­bei Oran­ge (590 nm) und Gelb (577 nm) in den not­wen­di­gen Leis­tungs­klas­sen bis­her nur in Opsl-tech­nik an­ge­bo­ten wer­den. Wird ein mög­lichst wei­ßer Strahl oh­ne die Not­wen­dig­keit der Farb­va­ria­ti­on ge­wünscht kommt, ei­ne Mi­schung durch ei­ne Be­stü­ckung nur mit Gelb und Blau in Fra­ge.

Be­treibt man ei­nen Rgb-la­ser mit je­weils 100 % der drei Qu­el­len, er­reicht man da­durch nicht not­wen­di­ger­wei­se ein wei­ßes Licht. Wäh­rend Ka­me­ras un­ter­schied­li­che Far­ben mehr oder we­ni­ger li­ne­ar auf­neh­men, hat das mensch­li­che Au­ge im Grün-be­reich ei­nen Wahr­neh­mungs­schwer­punkt. Da­her wir­ken Strah­len glei­cher Leis­tung in den an­de­ren Far­ben in der Be­trach­tung dunk­ler. Dies­be­züg­lich sind un­ter­schied­li­che Kon­struk­ti­ons­phi­lo­so­phi­en von La­ser­be­stü­ckun­gen er­hält­lich: wäh­rend man­che Kon­struk­teu­re die Ge­rä­te mit ver­schie­de­nen Farb­quel­len glei­cher Wat­ta­ge aus­stat­ten, be­stü­cken an­de­re ih­re Ge­rä­te mit be­reits in der Leis­tung an­ge­pass­ten Qu­el­len – zum Bei­spiel 2 Watt Grün, 3 Watt Rot, 4 Watt Blau. Um ein Stan­dard­weiß mit 6.500 Kel­vin zu er­zeu­gen, wird den­noch ei­ne Leis­tungs­ab­stim­mung der Qu­el­len un­ter­ein­an­der durch ei­ne Steue­rung not­wen­dig sein, da dies von den Wel­len­län­gen der ein­zel­nen ver­wen­de­ten Farb­quel­len (und bei Di­oden auch von de­ren Al­ter) ab­hän­gig ist.

Die op­ti­ma­le Be­stü­ckung ei­nes La­sers ist vom An­wen­dungs­zweck ab­hän­gig: Sol­len auf grö­ße­re Dis­tan­zen prä­zi­se gra­fi­sche Darstel­lun­gen er­reicht wer­den, hat die Opsl-tech­nik durch ge­rin­ge­re Di­ver­genz und klei­ne­ren Strahl­durch­mes­ser Vor­tei­le. Sol­len Bea­mef­fek­te – mög­lichst auch im Pu­bli­kums­be­reich – er­zeugt wer­den, brin­gen ge­rin­ge­re Di­ver­genz und ge­rin­ge­re Strahl­durch­mes­ser der kos­ten­in­ten­si­ve­ren OPSL-

Tech­nik kei­ne we­sent­li­chen Vor­tei­le – eher im Ge­gen­teil: durch die hö­he­re Ener­gie auf klei­ne­rer Flä­che auch auf grö­ße­re Ent­fer­nun­gen sind die­se Ge­rä­te mit noch mehr Vor­sicht ein­zu­set­zen. Auch mit bei­den re­le­van­ten Tech­no­lo­gi­en kom­bi­niert be­stück­te Ge­rä­te wer­den ver­wen­det, um so ein mög­lichst gu­tes Preis-leis­tungs-ver­hält­nis zu er­rei­chen: leis­tungs­star­ke OPSL wer­den für Far­ben be­nutzt, die durch La­ser­di­oden nicht her­ge­stellt wer­den kön­nen oder bei de­nen der Kos­ten­un­ter­schied nicht so groß ist. Die­se wer­den mit La­ser­di­oden der an­de­ren Far­ben kom­bi­niert, um Ge­rä­te zu in­ter­es­san­tem Preis mit ak­zep­ta­bler Strahl­qua­li­tät zu er­hal­ten. Der Ge­samt­strahl wird dann in Be­zug auf Di­ver­genz und Durch­mes­ser durch da­vor­ge­setz­te op­ti­sche Ele­men­te als Kom­pro­miss an­ge­gli­chen.

Die ak­tu­el­le Tech­nik er­laubt auch das di­rek­te ana­lo­ge Mo­du­lie­ren (Dim­men) der ein­zel­nen Qu­el­len, wo­durch es nicht mehr nö­tig ist, ein­zel­ne Farb­be­rei­che aus dem vor­her zu­sam­men­ge­führ­ten Ge­samt­strahl aus­zu­fil­tern, da sie schon in der Ent­ste­hung in der Leis­tung be­grenzt oder ab­ge­schal­tet wer­den. Ei­ne stu­fen­lo­se ad­di­ti­ve Farb­mi­schung wur­de so er­heb­lich ein­fa­cher er­mög­licht. Auch das so­ge­nann­te Blan­king – die bei den Gas­la­sern elek­tro­nisch ge­steu­er­te noch me­cha­ni­sche Un­ter­bre­chung des per­ma­nent aus­tre­ten­den Strahls – ge­hört da­mit der Ver­gan­gen­heit an, da dies eben­so

»Die Qua­li­tät ei­ner La­ser­show schei­tert heu­te nicht mehr dar­an, von wel­chem Her­stel­ler das Ge­rät zu­sam­men­ge­baut wur­de. Man gibt den Leu­ten so viel, dass sie dar­über nach­den­ken, oh­ne sie mit Ef­fek­ten zu er­schla­gen. Wir ver­su­chen Mo­men­te zu er­schaf­fen, die be­rüh­ren.« Da­ni­el Bru­ne | Ge­schäfts­füh­rer der La­ser­fa­brik Gm­bh

wie die Farb­mi­schung be­reits durch die Mo­du­la­ti­on der Qu­el­le ge­schieht. Durch die­se Ent­wick­lun­gen wur­den die op­ti­schen Bän­ke ei­nes La­sers ob­so­let und er­heb­lich klei­ne­re Bau­for­men mög­lich.

Scan­ner

Gleich­ge­blie­ben ist die Art der Strahl­a­blen­kung an der Ge­rä­te­öff­nung: hier sitzt die Scan­ner­ein­heit, die durch zwei Mi­kro­spie­gel die Ablen­kung in den zwei Ach­sen X und Y er­zeugt. Die­se Spie­gel sind zur Er­rei­chung der ex­trem ho­hen Be­we­gungs ge­schwin­dig­kei­ten mög­lichst klein, um die zu be­we­gen­de Mas­se ge­ring zu­hal­ten. Sie wer­den mit ma­gnet ba­sie­ren­den Gal­va­no­me­ter an­trie­ben–da­her kor­rek­ter­wei­se als Gal­va­no­me­ter scan­ner oder um­gangs­sprach­lich als Gal­vos­be zeich­net–be­wegt.

Wei­ter­ent­wick­lun­gen in der Scan­ner­tech­nik führ­ten in den letz­ten Jah­re zur Ver­grö­ße­rung des Aus­tritts­win­kels von 40 in Rich­tung 80 Grad. Mit Ver­grö­ße­rung des Aus­tritts­win­kels sind al­ler­dings auch mög­li­che Leis­tungs­ver­lus­te ver­bun­den. Qua­li­täts­kri­te­ri­um ei­nes Scan­ner­sys­tems kann je nach vor­ge­se­he­nem Ein­satz­zweck die Leis­tungs­fä­hig­keit in Be­zug auf Po­si­tio­nie­rungs- und Wie­der­hol­ge­nau­ig­keit so­wie Ge­schwin­dig­keit sein. Für Rau­mef­fek­te rei­chen si­cher­lich ein­fa­che Sys­te­me aus; sol­len kom­ple­xe Gra­fi­ken prä­zi­se dar­ge­stellt wer­den, kön­nen Un­ter­schie­de er­kenn­bar wer­den. Un­ter­schie­den wird zwi­schen den Open- und Clo­sed-loop-scan­nern. Bei clo­sed loop fin­det (im Ge­gen­satz zu open loop) über ei­nen Sen­sor die Po­si­ti­ons­rück­mel­dung der Spie­gel­po­si­ti­on statt. Dies ist zur ge­nau­en Po­si­tio­nie­rung im Raum und zur prä­zi­sen Darstel­lung von Gra­fi­ken nö­tig und im pro­fes­sio­nel­len Be­reich Stan­dard.

Um die Leis­tungs­fä­hig­keit der Ablen­kungs­sys­te­me ver­gleich­bar zu ma­chen, führ­te die ILDA – die In­ter­na­tio­nal La­ser Dis­play As­so­cia­ti­on als in­ter­na­tio­na­ler Bran­chen­ver­band mit Sitz in den USA – den Ver­gleichs­wert kpps@8°ilda ein. Kpps steht da­bei für ki­lo points per se­cond und be­nennt, wie vie­le Punk­te bei ei­nem de­fi­nier­ten Öff­nungs­win­kel von 8° pro Se­kun­de er­reicht wer­den kön­nen. Je hö­her die­se An­ga­be ist, des­to prä­zi­ser und flim­mer­frei­er kann ei­ne Gra­fik dar­ge­stellt wer­den. Hoch­wer­ti­ge Scan­ner­ein­hei­ten er­rei­chen 40 bis 60 kpps und mehr. Man­che Her­stel­ler bie­ten die Mög­lich­keit, Ef­fekt­schei­ben mit Fa­cet­ten­pris­men (me­cha­nisch den Go­bos von Mo­ving Lights ähn­lich) mo­to­risch in den Strahl­ver­lauf ein­zu­fah­ren, die als Gra­tings oder Spek­tra­l­ef­fek­te be­zeich­net wer­den. Da­bei wird das Ab­bild bei mehr­far­bi­gen La­sern wie­der in die ein­zel­nen Gr­und­far­ben auf­ge­teilt, die un­ter­schied­lich ab­ge­lenkt wer­den. Ne­ben Li­ne- und Gridgra­tings be­steht auch die Mög­lich­keit, Ef­fekt­schei­ben für Lu­mia-ef­fek­te zu ver­wen­den. Bei pro­fes­sio­nel­len Gra­tings wird der „Strahl null­ter Ord­nung“ef­fek­tiv un­ter­drückt, da die­ser Mit­tel­punkt­strahl als Ori­gi­nal sonst er­heb­lich hö­he­re La­ser­leis­tung auf­wei­sen wür­de als die re­sul­tie­ren­den Beu­gun­gen. Durch die er­heb­li­che Ver­rin­ge­rung der Ge­rä­te­bau­ma­ße und den Weg­fall von ho­her Ener­gie­zu­fuhr und Küh­lung ha­ben sich auch die An­wen­dun­gen ge­gen­über den al­ten Gas­la­ser­an­la­gen ge­än­dert: die Po­si­tio­nie­rungs­mög­lich­kei­ten der An­la­gen wa­ren da­mals durch Grö­ße und Ge­wicht stark ein­ge­schränkt und ein bo­den­fer­ner Licht­aus­tritt konn­te nur durch „Sa­tel­li­ten“(ab­ge­setz­te Scan­ner­köp­fe, die mit Glas­fa­sern als Licht­lei­ter be­spielt wur­den) er­reicht wer­den. Heu­ti­ge La­ser­ge­rä­te – auch mit ho­her Leis­tung – kön­nen wie Mo­ving Lights an vie­len Po­si­tio­nen ge­hängt oder ste­hend plat­ziert wer­den, wo­durch ei­ne Be­schi­ckung über Glas­fa­ser nicht mehr nö­tig ist. Auch las­sen sich da­durch an­de­re krea­ti­ve Lö­sun­gen er­rei­chen als bis­her. So wer­den Show­la­ser­sys­te­me bei Groß­ver­an­stal­tun­gen wie dem Eu­ro­vi­si­on Song Con­test mit der Not­wen­dig­keit von prä­zi­sen und schnel­len Büh­nen­um­bau­ten auch zur ex­ak­ten Mar­kie­rung ein­ge­setzt. Ein senk­recht auf die Büh­nen­flä­che strah­len­der La­ser zeich­net Punk­te, Li­ni­en oder Flä­chen, um Po­si­ti­ons­an­ga­ben für Mi­kro­fo­ne, In­stru­men­te und De­ko­ra­ti­ons­tei­le des je­wei­li­gen Künst­lers dar­zu­stel­len. Zu­sätz­lich kann auch ein nu­me­ri­scher Count­down dar­ge­stellt wer­den, um der Um­bau­crew In­for­ma­tio­nen über die ver­blei­ben­de Rest­zeit bis zur Fer­tig­stel­lung zu ge­ben. Gera­de bei ei­ner sol­chen Ver­an­stal­tung wä­ren Mar­kie­run­gen mit far­bi­gen Kle­be­bän­dern auf­grund ih­rer Men­ge (und der Op­tik im Ka­me­ra­bild) nicht ver­tret­bar.

Ne­ben der Stan­dard­kon­struk­ti­on ei­nes Show­la­sers – ei­ner Box mit ei­nem Aus­gangs­strahl, der durch ei­ne Scan­ner­ein­heit ab­ge­lenkt wird – ent­stan­den auch wei­te­re Bau­for­men. Die ein­fachs­te Kon­struk­ti­on wä­re ein Ge­rät, wel­ches oh­ne Scan­ner nur ei­nen fest­ste­hen­den ein- oder mehr­far­bi­gen Strahl – hot beam oder sta­tic beam ge­nannt – er­zeugt.

Foto: Ralf Lot­tig (Tarm)

Mit­tels Ha­zer-ne­bel­ma­schi­nen, die ei­nen fei­nen Dunst im Raum er­zeu­gen, kann ei­ne Re­fle­xi­ons­mög­lich­keit her­ge­stellt wer­den

Strah­len­ver­lauf im Sol­lin­ger Pha­e­non X AT

Misch­far­ben wer­den durch meh­re­re Mo­du­le un­ter­schied­li­cher Far­ben er­zeugt, de­ren Strah­len durch op­ti­sche Ele­men­te über­ein­an­der­ge­legt wer­den

La­ser­di­oden und OPSL ge­ben nur mo­no­ch­ro­ma­ti­sches Licht ab

War­tungs­ar­bei­ten fal­len re­gel­mä­ßig für die Jus­ta­gen an

Opsl-mo­du­le wer­den von der Fir­ma Co­he­rent her­ge­stellt

Di­oden­mo­dul blau von La­ser­world

La­ser­mo­du­le von LPS

Wäh­rend man­che Kon­struk­teu­re die Ge­rä­te mit ver­schie­de­nen Farb­quel­len glei­cher Wat­ta­ge aus­stat­ten, be­stü­cken an­de­re ih­re Ge­rä­te mit be­reits in der Leis­tung an­ge­pass­ten Qu­el­len – zum Bei­spiel 2 Watt Grün, 3 Watt Rot, 4 Watt Blau

Scan­ner­ein­hei­ten er­zeu­gen durch zwei Mi­kro­spie­gel die Ablen­kung in den Ach­sen X und Y

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