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Haarfein ausgezogene Glasfasern verlieren eine der unangenehmsten Eigenschaften des Glases: Sie sind nicht mehr zerbrechlich, sondern flexibel wie Seide. Deshalb kam man schon früh auf den Gedanken, sie ähnlich wie Textilfasern zu verwenden. Krawatten aus Glasseide wurden die große Mode.

Es gab glasfaserdurch-webte Tapeten und Vorhangstoffe. Aus Glaswolle lernte man Gicht- und Rheumawatte ebenso herzustellen wie Dämm-Material für den Häuserbau.

An die optischen Eigenschaften der Glasfasern erinnerte man sich erst in unserem Jahrhundert. Es zeigte sich, daß man unter bestimmten Voraussetzungen Lichtenergie durch hauchdünne Glasfasern leiten kann. Medizin und Technik machten sich die Glasfaseroptik zunutze.

Und es wird nicht mehr lange dauern (wir schreiben hier 1998), bis Lichtwellenleiter aus eben diesen dünnen Glasfasern den herkömmlichen Fernsprechkabeln Konkurrenz machen werden.
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Im Prinzip ist das Verfahren ganz einfach: Man nehme einen Glasstab, erhitze dessen Ende mit der Glasbläserlampe, ziehe einen dünnen Faden ab und befestige ihn an einer Trommel, die mit einer Geschwindigkeit von etwa 600 bis 700 Umdrehungen in der Minute rotiert.

Die Trommel zieht von dem weiterhin erhitzten Glasstab einen dünnen Faden ab und wickelt ihn auf. Der von der Trommel geschnittene Fadenstrang läßt sich beinahe beliebig weiterverarbeiten.

Nach diesem Verfahren arbeiteten schon die Glasbläser von Murano bei Venedig. Sie gelten als die Erfinder der Glasfasertechnik, obwohl schon vor ihnen die Ägypter ähnliche Verfahren gekannt haben müssen.

Die Leute von Murano machten aus ihren Glasfasern gewickelte Perlen, Flechtarbeiten und Federbüschel, die den damals so beliebten Reiherfedern ähnelten - man konnte sein Kleid oder seinen Hut damit herausputzen.

Bald ahmten die böhmischen Glasbläser diese Kunst nach. In Paris, Brüssel und Wien wurden Nippsachen aus Glasfasern hergestellt. Um 1830 entstanden in Mailand und vor allem in der Seidenstadt Lyon die ersten Seidenstoffe, bei denen man die Naturseide mit Glasseide streckte.

Glasfaserdurchstickte Tapeten und Priesterornate kamen auf. Diese frühen Glasfasern erreichten noch nicht die Feinheit heutiger Fasern. Das lag am Glas. Erst nachdem J. de Brunfaut in Wien im Jahre 1850 ein neues Glasrezept erfunden hatte, wurde es möglich, die Fasern auf Stärken zwischen 1/1oo und 6/1ooo mm auszuziehen (heute gibt es Fasern, die nur 3/1ooo mm dünn sind).

Die neuen Glasfasern ließen sich flechten, weben und knoten, ohne zu brechen. Aus ihnen konnte man Krawatten und Manschetten, Uhrketten und Damenhutputz herstellen, ebenso Armbänder und Netze sowie Kratzbürsten für Vergolder.
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Wenn man Glasfasern aus hochtransparenten optischen Gläsern in einen Mantel aus einem anderen Glas mit niedriger Brechungszahl, wenige tausendstel mm dünn, einhüllt, entwickelt die gute alte Faser plötzlich ganz neue Eigenschaften:

Das an der Stirnseite eingeleitete Licht bricht sich zickzackförmig an den wie ein Spiegel wirkenden Innenwänden und kommt an der anderen Seite beinahe mit gleicher Lichtstärke wieder heraus.

Diese Totalreflexion tritt auch ein, wenn die Faser in Kurven und Biegungen verlegt ist. Mit einer solchen Faseroptik kann man das Licht also um die Ecke leiten (was bei normalen Lichtstrahlen nicht möglich ist).

Diese Erscheinung läßt sich auf unterschiedliche Weise technisch auswerten. Beispielsweise werden Faseroptiken in Medizin und Technik überall da verwendet, "wo" man irgendwo hineinsehen möchte, aber nur einen kleinen „Eingang" hat - also in der Medizin bei der Untersuchung von Luftröhre oder Magen mit Hilfe des Endoskops, in der Technik bei schwer zugänglichen Teilen, von deren innerem Zustand man sich überzeugen will. Ebenso kann man aber mit Faserleitern auch Licht dorthin transportieren, "wo" man es gerade braucht. Bei einem hoch über der Straße angebrachten Verkehrszeichen ist es möglich, die Lampe am Boden anzubringen und das Licht mit einem Faserleiter dorthin zu leiten, wo es im entscheidenden Augenblick leuchten soll.

In der Fahrzeugtechnik kann ein Faserleiter das Licht einer Lampe auf viele zu beleuchtende Stellen verteilen - und so fort.

Flexible Lichtleiter bestehen aus einem Bündel von Lichtleitfasern. Da jede Faser einen Lichtpunkt überträgt, ist es möglich, dicke Bündel zur Übermittlung von Bildern zu verwenden. Dabei sind bis zu 10.000 Bildpunkte je Quadrat-mm zu erreichen. Das auf die verklebte und !!! plangeschliffene Eingangsfläche projizierte Bild wird in Einzelpunkte zerlegt, zum anderen Ende übertragen und dort rasterartig wieder zusammengesetzt.

Aus vakuumdicht miteinander verschweißten Lichtleitfasern kann man Faserplatten herstellen, die zur Herstellung von Bildwandler- und Bildverstärkerröhren verwendet werden. Dabei sind sogar über 40.000 Bildpunkte je Quadratmm möglich.
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Mit Bündeln von Lichtleitfasern, die zu Lichtwellenleitern zusammengefaßt werden, kann man Licht von einem Ort zum anderen transportieren - theoretisch beliebig weit, wenn entsprechende Verstärker dazwischen geschaltet werden. Dafür besteht aber gar kein Bedarf.

• Anmerkung : Das ist falsch. Bei den Untersee-Kabeln sind sehr wohl optische Verstärker notwendig, weil auf 50 oder 100km Länge doch einiges weniger an Licht (abgeschwächt) ankommt.

Dagegen zwingen die immer mehr zunehmenden Nachrichtenströme in Form von Fernsprech-, Fernschreib-, Rundfunk- und Fernsehimpulsen dazu, über neue Möglichkeiten der Übertragung nachzudenken.

Eines Tages werden die herkömmlichen Übertragungswege, beispielsweise Koaxialkabel und Richtfunkstrecken (die sind in 2020 bereits abgeschaltet), vielleicht nicht mehr ausreichen, weil immer neue Sachgebiete dazukommen, wie beispielsweise: Datenfernübertragung und Fernkopieren (Telefaxen), Kabelfernsehen und Bildschirmtext.
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Bisher wurde das Übertragungsvolumen hauptsächlich unter Verwendung von Radiowellen bewältigt, denen die Nachrichten aufgeprägt wurden. Wellen dieser Art ermöglichen nicht nur den Funkverkehr (durch die Luft), sondern auch die bestmögliche Ausnützung von Kabelwegen (über Draht und Hohlkabel, mit Hilfe des Trägerfrequenzverfahrens).

Aber es gibt nicht beliebig viele verwendbare Radiowellen. Ihre Bandbreite ist begrenzt. Die Bandbreite des Lichtes dagegen ist etwa hundertmal so groß wie die aller Radiowellen zusammen - ein riesiges Reservoir an Nachrichtenwegen, vorausgesetzt, es gelingt, den Lichtwellen die Impulse aufzuprägen, mit denen jetzt noch, nach unterschiedlichen Verfahren, Radio wellen moduliert werden.

An einem Verfahren, Lichtwellen zu modulieren, wird seit vielen Jahren gearbeitet. Der deutsche Physiker Börner fand eine geeignete Technik. Die ersten Lichtsender und -empfänger waren allerdings noch sehr anfällig.

Bei den Experimenten zeigte sich bald, daß es zwar theoretisch möglich war, die modulierten Lichtwellen vom Sender zum Empfänger einfach durch die Luft zu schicken. Aber schon der leichteste Nieselregen hätte die Verbindung unterbrochen. Das Lichtwellenkabel bot sich als Ausweg an.

Mit ihm wurde weiter experimentiert. Gegenüber dem herkömmlichen Kupferleiter hat es entscheidende Vorteile. Seine Dämpfung ist so gering, daß auch bei hoher Gesprächsdichte noch große Verstärkerabstände möglich sind. Als Nichtleiter ermöglicht es eine einfache Potentialtrennung und ist unempfindlich gegenüber Beeinflussung durch magnetische Felder, wie sie etwa in der Nähe elektrischer Bahnen auftreten.

Überdies nimmt es nur wenig Raum ein und läßt sich leicht verlegen. Mit Hilfe solcher Lichtleiter lassen sich durch Laserstrahlen dicke Nachrichtenbündel übertragen - rein rechnerisch bis zu 100 Millionen Fernsprechkanäle pro Laserstrahl. Für die ersten Versuchsleitungen, 1979 in Berlin eingerichtet, wurden Laserdioden als Lichtspender und Fotodioden als Empfänger verwendet. Mehr darüber im Band „Nachrichtentechnik • Elektronik" dieser Buchserie.
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Kaum eine andere Erfindung setzte sich so schnell und gründlich weltweit durch wie "der Laser". Den „gebündelten Lichtstrahl" gibt es erst seit 1960. Innerhalb ganz kurzer Zeit machte er auf vielen Gebieten von sich reden.

• Anmerkung : Damit hat auch die populistische Benennung etwas zu tun. Dieser geheimnisvolle "Laser" kann alles. Selten wird erklärt, daß es "den Laser-Strahl" nicht gibt. Es ist immer ein Strahlenbündel oder - wie weiter oben korrekt benannt - ein „gebündelter Lichtstrahl".

Die Zeitungen berichteten von Laserbohrern, mit denen man blitzschnell haarfeine Löcher in Diamanten bohren kann, von Meßgeräten, mit denen man sogar die Entfernung Erde - Mond zu messen vermag, von holografischen Vorrichtungen, mit denen dreidimensionale Bilder hergestellt werden können, und von vielen anderen phantastisch klingenden Neuheiten mehr.

Heute gibt es ganze Industriezweige, die sich mit der Lasertechnologie beschäftigen. Tausende von Wissenschaftlern arbeiten an Laserverfahren. Die Zahl der jährlich erscheinenden Fachveröffentlichungen stieg auf weit über tausend an. Und zugleich wurden die Laser immer leistungsfähiger.
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"Der Laser" (sehr ungenau benannt) ist ein Energieumwandler für elektromagnetische Schwingungen im Bereich der Lichtwellen.

Er strahlt Licht aus. Das tut auch jede beliebige Glühlampe. Wenn ihrem Glühfaden elektrische Energie zugeführt wird, laden sich die Metallatome des Fadens mit dieser Energie auf (sie nehmen einen höheren Energiezustand ein) und geben sie sofort wieder ab, und zwar in Form von Lichtteilchen (Quanten, Photonen), wobei sie wieder in den energieärmeren Grundzustand zurückkehren.

Jedes Atom sendet dabei seine Photonen unabhängig von den anderen Atomen aus. Das Ergebnis sind Lichtwellen mit ganz unterschiedlichen Wellenlängen (Frequenzen), die das ganze Spektrum des sichtbaren Lichtes einnehmen.

Jede Frequenz entspricht einer bestimmten Farbe. Das Gemisch aller Farben im Bereich des sichtbaren Lichtes empfindet unser Auge als weiß.

Die von der Glühlampe erzeugten Lichtwellen breiten sich nach allen Seiten aus.

Anders beim Laser. Er erzeugt ein nahezu paralleles Lichtbündel, das nur eine Farbe hat (monochromatisch ist), zusammenhängend schwingt (kohärent ist) und überdies viel intensiver strahlt als normales Mischlicht.

Das erreicht die Lasertechnik dadurch, daß sie bestimmte Stoffe, beispielsweise einen Rubinkristall, durch Bestrahlung von außen dazu anregt, ihrerseits Lichtwellen auszusenden, und zwar besonders starke. Daher hat das Verfahren seinen Namen.

Laser ist die Abkürzung von „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", Lichtverstärkung durch künstlich angeregte Aussendung von Strahlung.

Das geschieht oft in der Urform des Lasers nach folgendem Verfahren: Ein Rubinkristall ist spiralförmig von den Windungen einer sehr hellen Quecksilberdampflampe umschlossen, die Lichtblitze erzeugt.

Das Blitzlicht lädt die im Rubin enthaltenen Chromatome mit Energie auf. Sie geben Photonen gleicher Energie ab, die sich in Richtung auf die beiden Enden des Rubins in Bewegung setzen.

Eins der Enden ist vollverspiegelt, das andere teilverspiegelt. Die Photonen prallen auf die Verspiegelung und werden zurückgeworfen.

Dieser Vorgang, auch optisches Pumpen genannt, wiederholt sich. Dabei werden andere Chromatome ebenfalls zur Abgabe von Lichtquanten gezwungen. Immer mehr Lichtteilchen bilden einen immer stärkeren Strahl (sorry, es ist ein Bündel), dessen Lichtwellen genau im Gleichtakt schwingen. Wenn der Strahl eine bestimmte Intensität erreicht hat, schießt er durch die teilverspiegelte Stirnfläche als dunkelrote Lichtwelle nach außen.

• Anmerkung : Korrekt müsste es heißen, wenn das Strahlenbündel genügend Energie eingepumpt bekommen hat, dann ....

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Daß ein „Aufladevorgang", wie er beim Laser stattfindet (die Physiker sprechen von induzierter Emission), möglich sein müsse, hatte Albert Einstein schon 1917 vorausgesagt.

1928 untersuchten R. Ladenburg und H. Kopfermann das Problem in der Praxis. Sie verwendeten dabei bestimmte Gase. Die erste Lichtverstärkung gelang dem sowjetischen Physiker W. A. Fabrikant im Jahre 1940. Zehn Jahre später entwickelte der deutsch-französische Physiker Alfred Kastler, 1902 geboren und seit 1941 Professor in Paris, das System des optischen Pumpens.

Er bestrahlte Atome mit Licht solcher Frequenzen, das von ihnen absorbiert werden konnte. Die Atome gerieten dadurch kurzzeitig in einen Zustand hoher Energie und strahlten dann das Licht verstärkt wieder ab. Kastler operierte sowohl mit sichtbarem Licht als auch mit Radiowellen. Seine Arbeit war die Voraussetzung für Versuche, die ab 1951 sowohl in den USA als auch in der Sowjetunion angestellt wurden.
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In beiden Fällen ging es allerdings nicht um die Licht-, sondern um die Mikrowellenverstärkung, später „Mikrowave Amplification by Stimulated Emission of Radiation" (Mikrowellenverstärkung durch künstlich angeregte Aussendung von Strahlung), abgekürzt Maser, genannt.

Der Maser spielt heute beim Nachrichtenverkehr mit Erdsatelliten, in radioastronomischen Empfangsanlagen und bestimmten Richtfunkanlagen als Verstärker eine große Rolle, dient aber auch zum Betrieb von Atomuhren und als Generator für mm-wellen. Sein Funktionsprinzip ähnelt demjenigen des Lasers in allen Einzelheiten, nur daß es sich eben nicht um Lichtwellen handelt, die verstärkt werden, sondern um Mikrowellen.

In den USA waren es der 1915 geborene Physiker Charles Hard Townes, sein Schwager Arthur Leonard Schawlow (geb. 1921) und deren Mitarbeiter H. J. Zeiger, die sich, von der Radartechnik ausgehend, mit dem Bau von Mikrowellensendern befaßten.

Townes formulierte 1951 das Maser-Prinzip. Er bestrahlte Ammoniakmoleküle mit einer Mikrowelle, deren Frequenz mit der Eigenfrequenz der Ammoniakmoleküle übereinstimmte. Ähnlich wie beim späteren Laser ergab sich eine Art Kettenreaktion. Eine Mikrowelle hoher Intensität und sehr konstanter Frequenz entstand, hochgeschaukelt, aus der schwachen Eingangs welle.

Den ersten funktionsfähigen Gasmaser hatten Townes, Schawlow und Zeiger im Jahre 1953 fertig. Gleichzeitig arbeiteten in der Sowjetunion aber auch die Physiker Nikolaj Gennadjewitsch Basow, Jahrgang 1922, und sein 1916 in Australien geborener Kollege Alexander Michailowitsch Prochorow an den Grundlagen der Masertechnik.

Zwar bauten sie nicht den ersten funktionsfähigen Maser (das war Townes und seinen Mitarbeitern vorbehalten), aber ohne die sowjetische Basisforschung wäre Townes vielleicht gar nicht so weit gekommen.

So entschloß sich das Komitee der Nobelpreisstiftung, den Physik-Nobelpreis von 1964 dreizuteilen und ihn gleichzeitig an Townes, Basow und Prochorow für die Maser-Erfindung zu verleihen.

Kastler ging leer aus, was in Frankreich heftigen Unwillen hervorrief. Er wurde dann zwei Jahre später mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

Nach dem Gasmaser entwickelte Townes gegen Ende der fünfziger Jahre einen Festkörpermaser als Molekularverstärker. Ähnlich verlief die Entwicklung in der UdSSR. N. Bloembergen griff 1956 die Vorschläge Prochorows und Basows zur Konstruktion eines Dreiniveau-Festkörpermasers auf. H. Scovil, G. Feher und N. Seidel schufen 1957 die ersten funktionsfähigen Geräte nach diesem Prinzip. Um diese Zeit war Townes an der Columbia-Universität schon mit Laser-Überlegungen beschäftigt.
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Etwa seit 1957 erwog Townes die Möglichkeit, das Maser-Prinzip auch auf Lichtwellen anzuwenden. 1958 erschien eine erste Theorie des Lasers. Als es um die Patenterteilung ging, stellte sich jedoch heraus, daß auch noch ein anderer Wissenschaftler, der Atomphysiker Gordon Gould, sich um einen Lichtverstärker bemüht hatte.

Gould machte geltend, er habe schon 1957 Aufzeichnungen über seine Versuche bei einem Notar hinterlegt. Es kam zu einem endlosen Prozeß, der erst 1977 mit einem Teilerfolg für Gould endete. Seine Patentansprüche deckten etwa ein Drittel des seinerzeitigen Lasermarktes ab. Schon 1960 wurde der Laser für Townes und Schawlow patentiert - oder besser: die Laseridee. Denn gebaut hatte bisher noch keiner von ihnen eine solche Vorrichtung.

Zahlreiche Forscher stürzten sich auf das Projekt. Aber es waren nicht die großen Forschungsinstitute der Universitäten oder der Industrie, die Townes' Idee als erste verwirklichten, sondern der erste funktionierende Rubinlaser erblickte in einem vergleichsweise unbedeutenden Nebenlaboratorium der Hughes Aircraft Company das Licht der Welt.

Sein Konstrukteur war der 1927 in Los Angeles geborene amerikanische Physiker Theodore Harold Maiman. Der Sohn eines Elektroingenieurs hatte 1955 an der Stanford-Universität promoviert und war dann in die Industrie gegangen. 1960, im selben Jahr, als Townes und Schawlow ihr Patent erhalten hatten, stellte er seine Versuchsanordnung vor - den Rubinlaser, wie er weiter oben schon geschildert wurde.
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Drei Typen von Lasern spielen heute (unter unzähligen anderen, weniger bedeutenden) die größte Rolle: neben dem Festkörperlaser, wie ihn Maiman mit seinem Rubinlaser verwirklichte, der Gaslaser und der Halbleiterlaser.

Diese drei unterscheiden sich einerseits durch das Material des aktiven Mediums, andererseits durch die Art und Weise der Anregung. Für Festkörperlaser eignen sich bestimmte Kristalle oder auch Gläser, die mit lichtverstärkenden Atomen angereichert sind (wie etwa der Rubinkristall Spuren von Chrom enthält).

Bekannt wurden in erster Linie neben dem Rubinlaser der Neodym-Glaslaser und der Yttrium-Aluminium-Granat-Laser (abgekürzt YAG-Laser).

Festkörperlaser werden durch intensive Lichtblitze angeregt und strahlen ihrerseits Laserblitze aus, gehören also zu den Impulslasern. Die auf eine winzige Fläche konzentrierte Energie eignet sich z. B. zum Bohren sehr kleiner Löcher, zum Schneiden, Schmelzen und Verdampfen.

Bei mehrstufiger Verstärkung und Energiespeicherung wird der Festkörperlaser zum Riesenimpulslaser, mit dem Ausgangsleistungen von etwa hundert Millionen Kilowatt zu erreichen sind - allerdings nur für den Bruchteil einer Millisekunde.

Gaslaser enthalten Edelgase, Metalldämpfe oder Molekülgase als aktives Medium, die durch optisches Pumpen oder auch durch Elektronenstöße in einer Gasentladung angeregt werden und kontinuierlich verstärkte Lichtwellen ausstoßen (Dauerstrichbetrieb).

Wesentlich stärker in der Leistung als die herkömmlichen Helium-Neon- oder Argonlaser ist dabei der Kohlendioxidlaser, der vor allem für energieaufwendige Schneideaufgaben in Frage kommt.

Die leichtergewichtigen Gaslaser werden dagegen häufig in Präzisionsgeräten für berührungsloses Messen eingesetzt, wobei die Spannweite von der Dickenkontrolle von Walzblechen bis zur Überwachung der Schwebehöhe von Magnetschwebebahnen reicht.

Den ersten Gaslaser konstruierten schon 1961 die Physiker A. Javan, W. R. Bennett und D. R. Herriott.
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1962 wurden - an verschiedenen Stellen zugleich - die ersten Halbleiterlaser erprobt. Bei ihnen besteht das aktive Medium aus einem Halbleiterkristall, beispielsweise aus Galliumarsenid (GaAs-Laser).

Als lichtverstärkende und -aussendende Zone wirkt dabei der Positiv-Negativ-Übergang (pn-Übergang) des Halbleiters. Für den Betrieb genügt normaler Gleichstrom, der sich auch modulieren läßt, was vor allem für die Nachrichtenübertragung mit dem Halbleiterlaser (der Laserdiode) entscheidend wichtig ist.

Da Laser dieser Gruppe staubkorngroß gebaut werden können, keine besonderen Konstruktionsprobleme aufgeben und überdies noch einen hohen Wirkungsgrad haben, wird ihnen für Dauerstrich- wie für Impulsbetrieb (beides ist möglich) eine große Zukunft vorausgesagt.
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• Anmerkung : Diese Publikation erschien 1998, als die CD von 1983 sowie die DVD schon lange den Consumer-Markt erobert hatten und für fast Jedermann Allgemeingut waren. Da hat der Autor (oder die Autoren) deutlich über 10 Jahre verpennt.

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Eine der frühesten praktischen Anwendungen war das Bohren winziger Löcher in Uhrensteine für die Schweizer Uhrenindustrie, die jährlich bis zu 700 Millionen solcher Steine zu verarbeiten hatte.

Mit einem Festkörperlaser gelang es, vollautomatisch 20.000 Bohrungen in der Stunde zu erreichen - ein Mehrfaches dessen, was konventionelle Maschinen schafften. Mit Laserstrahlen werden aber auch jene Industriediamanten durchbohrt, die für das Ziehen feinster Drähte verwendet werden. Gaslaser mit Dauerstrichtechnik lenken die riesigen Bohrmaschinen, mit denen Tunnel gebohrt werden, beispielsweise beim ehemaligen Bau der Münchner U-Bahn.

Vielfältig sind die Möglichkeiten, mit Laserstrahlen berührungslos Dicken, Entfernungen und Geschwindigkeiten zu messen - auch auf Gebieten, die bis dahin dem (ungenaueren) Radarsystem vorbehalten waren.

Der auf die Oberfläche des zu vermessenden Objekts gerichtete Laserstrahl wird in eine Fotodiode zurückgestrahlt. Das Gerät vergleicht seine Laufzeit mit derjenigen eines Referenzstrahls und ermittelt daraus das Meßergebnis.

Bekannt wurde die Vermessung der Entfernung Erde-Mond. Nachdem es schon 1962 gelungen war, den Mond mit einem Laserstrahl anzupeilen, stellten die Astronauten der Apollo-11-Besatzung bei ihrem ersten historischen Mondbesuch 1969 einen Laserreflektor auf dem Mond auf, der am 1. August desselben Jahres vom Strahl eines im Lick-Observatorium in Kalifornien aufgestellten Riesenimpulslasers angepeilt wurde.

Nach knapp 2,5 Sekunden fing das Lick-Teleskop den auf dem Mond reflektierten Strahl auf. Seit diesem Tag kennen wir die Entfernung Erde - Mond auf zwanzig Zentimeter genau.

Die mit Laser-Methoden möglichen zauberhaften Lichteffekte machten sich zuerst die Bühnenbildner zunutze. 1970 staunten die Zuschauer der Opernfestspiele im Münchner Nationaltheater über die stehenden oder auch bewegten Farbfiguren von ätherischer Eleganz, die bei Mozarts „Zauberflöte" durch den Bühnenraum schwebten.

Vor dem Laserstrahl angebrachte geriffelte Glasscheiben streuten, reflektierten und brachen die farbigen Lichtstrahlen auf eindrucksvolle Weise. Mit Laserstrahlen werden in der Medizin Zähne gebohrt und abgelöste Augen-Netzhäute wieder angeschweißt.

Mit Lidar-Geräten (Lasergeräte nach dem Radarprinzip) kann man Luftverschmutzer entlarven, weil sie Staub-, Dunst- und Wolkenschichten jeder Art orten. Superlaser mit Strahlungsleistungen um eine Milliarde Kilowatt sollen helfen, das Problem der kontrollierten Kernfusion zu lösen, damit möglicherweise einmal saubere Kernkraftwerke gebaut werden können.

Laser werden aber auch für die Isotopentrennung in der Nukleartechnologie, zum Schneiden von Blechen oder zur Krebsbekämpfung eingesetzt. Das für die Zukunft bedeutendste Anwendungsgebiet wird nach Meinung der Fachleute die Nachrichtentechnik sein.

Laserdioden werden schon heute zur Nachrichtenübermittlung über Lichtwellenleiter eingesetzt. Und natürlich interessieren sich seit jeher auch die Waffentechniker in West und Ost für die Möglichkeiten der Laserstrahlen. Laser-Zieleinrichtungen und Entfernungsmeßgeräte, Laser-Ortungsgeräte und Nachrichtenübermittlungsgeräte sind längst im Einsatz oder in der Erprobung.

Ende 1978 gab die amerikanische Marine erstmals das Foto eines Landepanzers mit „Laserkanone" frei, darauf eingerichtet, Panzerabwehr-Lenkraketen vom Typ TOW abzuschießen - eingesetzt wurde ein 400.000-Watt-Laser. 1982 wurde in White Sands, New Mexico, ein Testgelände für eine Laserkanone mit einer Leistung von 2,2 Millionen Watt eingerichtet.
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Am 23.03.1983 wurde von dem US-Päsidenten Ronald Reagan der Startschuß zur Entwicklung eines „Schutzschildes im Weltraum" gegeben, der„Strategischen Verteidigungsinitiative" (Strategie Defense Initiative, SDI). 1987 standen bereits vier Arten von Lasern zur Diskussion, die möglicherweise der Lage sein würden, während der Antriebsphase einer Rakete (vom Abschuß der Rakete bis zum Lösen der Flugkörper von der Antriebsrakete; Dauer: drei Minuten) ihre Aufgaben als Abwehrsystem zu erfüllen.

Technologisch am weitesten entwickelt waren die chemischen Laser, die ihre Strahlung durch die chemische Reaktion zweier Gase (z.B. Wasserstoff & Fluor) erzeugen. Sie waren in der Lage, bei einer kontinuierlichen Reaktion mehr als ein Megawatt (10 hoch3 Kilowatt) an Energie abzugeben. Diese Leistung war an sich sehr hoch, doch um den chemischen Laser als Abwehrwaffe einsetzen zu können, hätte seine Leistung dennoch um das etwa 20-fache gesteigert werden müssen.

Ein weiterer technischer Nachteil des Wasserstoff-Fluorid-Lasers war der, daß er nicht bodengestützt eingesetzt werden konnte, sondern im Weltraum hätte postiert werden müssen, da die Atmosphäre Licht der vom Wasserstoff- Fluorid- Laser ausgesandten Frequenz absorbiert.
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Der Excimer-Laser (engl.: „excited dimer" = angeregtes Quasimolekül) erzeugte Licht, das in sehr rasch aufeinanderfolgenden Pulsen ausgesandt wurde. Die stärksten Laser dieser Art gehörten zu den Krypton-Fluorid-Lasern, die im amerikanischen Los Alamos National Laboratory entwickelt wurden.

Um sie als bodengestützte Waffe einsetzen zu können, wurde eine nötige Mindestenergie von 100 Megajoule bei einer Pulsfolge von mehreren Millisekunden Dauer angenommen. Die damals entwickelten Excimer-Laser erreichten jedoch lediglich etwa eine Mikrosekunde lang eine Pulsenergie von ca. 10 Kilojoule.

Der dritte Lasertyp, den man für eine Abwehrwaffe ins Auge faßte, war der „Freie-Elektronen-Laser". Die Strahlung dieser Laser wurde erzeugt, indem man einen Elektronenstrahl durch ein magnetisches Wechselfeld lenkte. Die bewegten Elektronen werden dabei durch die ständigen Magnetfeldänderungen in Schwingungen versetzt, was zu einer Aussendung elektromagnetischer Strahlung führt. Bei diesem Laser konnte man die Strahlung über die Variation der Magnetfeldänderungen auf jede beliebige Wellenlänge einstellen.

Um diesen Laser als bodengestützte Waffe einsetzen zu können, wäre eine Mindestleistung von ca. einem Gigawatt (1 Million Kilowatt) bei einer Wellenlänge von einem Mikrometer (keine atmosphärische Absorption) Vorausetzung. Bei dieser Wellenlänge lag die erreichte Spitzenleistung jedoch bei lediglich 1.000 Kilowatt.
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Die außergewöhnlichste Art von Laser, an dem geforscht wurde, war der Röntgen-Laser. Bei dieser Lasertechnologie wird ein nuklearer Sprengsatz zur Explosion gebracht, die das Freiwerden von Röntgenstrahlen verursacht. Die im Vergleich zu sichtbarer elektromagnetischer Strahlung sehr energiereiche Röntgenstrahlung erschien für die geplanten Verwendungszwecke sehr geeignet.

Die technische Verwirklichung des Röntgenlasers stieß auf eine Reihe von Problemen, so daß auch diese Technologie als noch bei weitem nicht abgeschlossen betrachtet werden kann. So war beim Röntgen-Laser die militärische Nutzbarkeit lange Zeit sehr umstritten.

Ob irgendwann überhaupt ein einsatzfähiges Laser-Abwehr-System entwickelt werden kann, ist heute noch immer sehr fragwürdig.

Denn nicht nur die Entwicklung eines ausreichend starken Lasers ist nach wie vor ein Hindernis, viel entscheidender ist das Problem, den Strahl dann auch noch auf ein Ziel zu lenken. Dazu benötigte man Spiegel mit Durchmessern von 10 bis 40 Metern, doch bisher liegt die oberste Grenze bei einem Durchmesser von acht Metern.

Die Hauptschwierigkeiten ergeben sich daraus, daß auch ein derartig großer Spiegel noch schnell und präzise steuerbar bleiben muß, um ihn auf die beweglichen Ziele ausrichten zu können.
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Die Londoner erkannten ihre ehrwürdige Royal Academy of Arts, die Königliche Akademie der Künste, nicht mehr wieder. Seit 1769 hatte die Akademie alljährlich eine sommerliche Kunstausstellung mit Werken zeitgenössischer Maler veranstaltet, seit 1870 kam eine Winterausstellung dazu. Aber immer hatte es sich um greifbare Kunstwerke als Ausstellungsgegenstände gehandelt.

Nun plötzlich, im März 1977, lud die Akademie zu einem ganz merkwürdigen Lichtspiel-Spektakulum ein, zu einer Ausstellung, die unter dem Titel „Phantastisches Licht" plastische, aber nicht greifbare Bilder in den Raum zauberte, und das nach einem Verfahren, dessen Erläuterung keiner der 100 Ehrengäste begriff.

Kein Wunder, es war das erstemal, daß sich die Akademie mit technischen Errungenschaften auseinandersetzte. Was da in London so eindrucksvoll vorgeführt wurde, war das räumliche Bild, von Laserstrahlen nach einem trickreichen Verfahren entworfen und Holografie genannt.

Dieser Diodenlaser (hier mit Kühl- und Reglerelementen in einem Gehäuse montiert) gehört in die Gruppe der Halbleiterlaser. Das mit Gleichstrom aktivierbare Lasermaterial ist Galliumarsenid. Der große Vorteil solcher Laser: im Aufbau einfach und sehr klein. Bei Verwendung in der Kommunikationstechnik wird das erzeugte Laserlicht direkt über Glasfasern weitergeleitet.
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Mit der herkömmlichen Fototechnik kann man kein echtes räumliches Bild aufnehmen. Erst die Lasertechnik schuf die Voraussetzungen für ein Aufnahmeverfahren, das die Umwelt nicht nur in einer Ebene abbilden, sondern räumlich wiedergeben kann, also eine „vollständige Aufzeichnung" liefert - und nichts anderes bedeutet das Wort Holografie.

Festgehalten werden bei diesem Verfahren die vom Objekt reflektierten Lichtwellen (die Wellenfront des Objekts), die ein Laserstrahl erzeugt. Das dabei entstehende Wellenfeld wird vom Licht eines zweiten Laserstrahls, der Referenzwelle, überlagert. Das Ergebnis sind Interferenzmuster, die auf einer Schwarzweiß-Fotoplatte festgehalten werden.

Unter dem Mikroskop erweisen sich diese Muster als ein Gewirr feinster Linien und Kreise, mit denen das Auge nichts anfangen kann. Erst bei der Durchstrahlung der Platte mit Laserlicht gleicher Wellenlänge entsteht ein dreidimensionales Bild. Weil die Platte, das Hologramm, nicht nur eine bestimmte Ansicht des Objekts festhält, sondern die optischen Daten aller denkbaren Ansichten, die man von einem Gegenstand aufnehmen könnte, läßt sich das Aufnahmeobjekt von allen Seiten betrachten, vorausgesetzt, man bewegt sich im Rahmen des Laserlichtbündels. Und wie bei der Betrachtung eines realen Gegenstandes verändert sich je nach dem Standort die Perspektive, unter der man das Objekt sieht.

Bei einer holografischen Abbildung einer Skatrunde könnte man also nacheinander allen Spielern in die Karten sehen - eine Vorstellung, die Salvador Dali so faszinierte, daß er ein solches Hologramm schuf.

Übrigens sind die holografisch verschlüsselten Daten nicht etwa dem Objekt entsprechend über die ganze Platte verteilt, sondern jeder Punkt des Hologramms enthält alle Daten. Aus einer winzigen Scherbe des Hologramms kann man deshalb die ganze Platte mit Hilfe von Laserstrahlen rekonstruieren. Bei diesem Verfahren nimmt lediglich das Auflösungsvermögen etwas ab.
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Die linsenlose Fotografie wurde technisch erst möglich nach der Erfindung des "kohärenten" Laserlichts. Ihr Prinzip ist aber schon viel älter. Ab 1947 beschäftigte sich der 1900 in Ungarn geborene Physiker Dennis Gabor mit der Verbesserung magnetischer Elektronenlinsen und mit Problemen der Interferenzmikroskopie.

Gabor, der in Budapest und Berlin studierte, dann am Deutschen Forschungsinstitut für Hochspannungsanlagen und bei Siemens & Halske arbeitete und 1934 nach England ging, wo er Professor für angewandte Elektronenphysik am Imperial College in London wurde, war einem Verfahren auf der Spur, die Abbildungseigenschaften von Elektronenmikroskopen zu verbessern.

Er experimentierte dabei mit Elektronen- und Röntgenstrahlen, erzielte aber keine brauchbaren Ergebnisse, weil es an ausreichend kohärenten, für Interferenzversuche geeigneten Strahlen aus dem Elektronen-und Röntgenbereich mangelte.

Dann ging er zu Lichtwellen über, deren kohärente Erzeugung ebenfalls noch nicht gelungen war. Dabei gelang ihm die Entdeckung des Holografie-Prinzips.

Gabor konstruierte das erste holografische Gerät der Welt, ein noch ziemlich primitives Mikroskop, das es nur auf eine 150fache Vergrößerung brachte, eben weil es an kohärentem Licht fehlte.

Aber er hatte damit den richtigen Weg beschritten - 1971 wurde ihm dafür der Nobelpreis zuerkannt. Nach der Erfindung des Lasers kamen Emmett N. Leith und Juris Upatnieks, zwei Wissenschaftler von der Universität von Michigan, als erste auf die Idee, den Laser für Gabors linsenlose Fotografie einzusetzen.

In den folgenden Jahren wurde das Verfahren vielfach abgewandelt, ergänzt und weiterentwickelt. Schon 1958 arbeitete der Sowjetrusse Juri Denissjuk an einer Holografietechnik mit räumlicher Aufzeichnung, der Volumen-Holografie oder Wellenfotografie.

Robert V. Pole von IBM baute seinen Holocoder, dessen aus Hunderten geschliffener Flächen bestehende Fliegenaugenlinse bei normalem Licht ein Vielfachbild herstellt. Mit dem Laserstrahl wird das räumliche Bild dann unter Verwendung einer weiteren Fliegenaugenlinse verwirklicht.

Andere Methoden verzichten ganz auf den Laser und zerlegen das vom Objekt zurückstrahlende weiße Licht mit Hilfe von Polarisationsfiltern in zwei Bildstrahlen, die sich auf der Platte interferierend überlagern. An die Lasermethode heranreichende Ergebnisse wurden damit einstweilen allerdings noch nicht erzielt.

Möglicherweise wird es eines Tages, wie von Holografie-Spezialisten vorausgesagt, holografische Porträts, Kunstwerke, Licht-Phantasiegebilde für die Wohnraumdekoration und ähnliche Schöpfungen geben. Und eines Tages könnte auch die Verwirklichung des dreidimensionalen farbigen Fernsehbildes nach holografischen Verfahren vor der Tür stehen - an Techniken dieser Art wird längst gearbeitet.

Einstweilen jedoch stehen technisch-wissenschaftliche Anwendungen im Vordergrund. Mit holografischen Interferenzverfahren kann man beispielsweise die physikalischen Vorgänge in Flammen genau untersuchen — eine Technik, die der Sicherheit von Treibstoff-Tanklagern dient.

In der Automobilindustrie werden die Hologramme ruhender und laufender Motoren miteinander verglichen. Der „fotografierte Lärm" läßt Rückschlüsse auf die Motorenbauweise und auf etwaige Schwachstellen in der Konstruktion zu.

Mit ähnlichen Interferenzmethoden kann man das Wachstum von Pflanzen verfolgen, Fingerabdrücke vollautomatisch aussortieren oder Abstrichpräparate in der Krebsvorsorge vergleichen - der Arzt hat dann nur noch einen kleinen Rest der Abstriche mit zweifelhaftem Befund zu überprüfen.

In der Funktechnik und Akustik macht die Holografie mit Radio- oder Schallwellen bestrahlte Objekte sichtbar. In der Geologie dient sie zur Ermittlung von Lagerstätten. In der Optik kann man mit ihrer Hilfe Objektive überprüfen und korrigieren.

In der Datenverarbeitung ergeben sich neue Möglichkeiten der Speicherung und Aufzeichnung von Daten - ein zu diesem Zweck entwickelter Lithium-Niobat-Kristall von einem Zentimeter Kantenlänge kann heute schon 1.000 Hologramme speichern. Die Reproduktionstechnik wird eines Tages vielleicht plastische Bilder drucken können. Auch das von Dennis Gabor angestrebte Ziel, die Verbesserung der Mikro- und Ultramikroskopie, rückt dank verbesserter holografi-scher Verfahren der Verwirklichung näher.

1963 begann der amerikanische Physiker George Stroke an der New Yorker Staatsuniversität mit Versuchen, auf holografisch-mikroskopischem Weg molekulare Strukturen sichtbar zu machen. Erst 1976 konnte er Brauchbares präsentieren.

Stroke, unterstützt von Maurice Halioua, Venugopal Srinivasan und Raghupathy Sarma, durchstrahlte ganz bestimmte Kristalle mit Röntgenstrahlen. Die dabei erzeugten Abbildungen wurden dann datentechnisch umgesetzt und von einem Computer in ein Hologramm verwandelt, das mit Helium-Neon-Gaslaserlicht dreidimensional sichtbar gemacht werden konnte.
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1982 kam erstmals das Röntgen-Raumbild ins Gespräch, hergestellt mit Hilfe einer raffinierten Kombination aus konventionellem Röntgenbild, Computer-Tomografie und Holografie. Die ersten dreidimensionalen Abbildungen menschlicher Organe fertigte der japanische Forscher J. Tsujiuchi vom Tokyo Institute of Technology an.

Einstweilen stehen der praktischen Anwendung jedoch noch gravierende Probleme entgegen. Die Röntgenbelastung des zu untersuchenden Patienten ist viel zu hoch (für eine Darstellung des gesamten Körpers müssen rund 2.000 Aufnahmen gemacht werden). Außerdem weisen die Röntgenaufnahmen unterschiedliche Grauwertabstufungen auf, sind also nicht miteinander vergleichbar.

An der Beseitigung dieser Nachteile wird gearbeitet, unter anderem im Institut für Angewandte Strahlentechnik (BIAS) in Bremen, "wo" sich der Physiker Werner Jüptner mit der neuen Technik beschäftigt. Beispielsweise ist daran gedacht, nur eine begrenzte Anzahl von Röntgenaufnahmen anzufertigen und die fehlenden Daten von einem Computer „interpolieren" zu lassen.

Auch dann bleibt noch die Schwierigkeit, daß die Computerberechnung des Datenmaterials für die Bildanalyse und -wiedergabe selbst bei modernsten Rechnern mehrere Stunden in Anspruch nimmt.