Diese Hausarbeit soll das Thema "Laser" näher betrachten und den Lesern näherbringen. Schließlich wird vor allem auf die Geschwindigkeitsmessung mit dem Laser eingegangen, wie sie uns aus dem Straßenverkehr bekannt ist. Dafür wird nicht nur
erklärt, was ein Laser ist und wie er funktioniert, sondern es sollen auch die folgenden Forschungsfragen beantwortet werden: Welche Lasertypen gibt es und wie ist deren Verwendung? Welche mathematischen und physikalischen Gesetze gelten bei Lasern? Wie funktioniert die Geschwindigkeitsmessung mit dem Lichtradar?
Das Wort Laser hat jeder schon mal gehört und wahrscheinlich auch benutzt. Jeder denkt dabei an etwas Anderes: Die einen an einen Laserpointer, andere an das Lasern der Augen und wieder andere an die Laserschwerter aus dem berühmten Science Fiction Hit "Star Wars". Obwohl es noch gar nicht so unglaublich lange her ist, dass der erste Laser gebaut wurde, sind sie bereits so vielseitig einsetzbar, dass sie inzwischen in allen Bereichen unseres Lebens Verwendung finden. Die Einsatzbereiche reichen von der Medizin, über die Kunst, Technik und Informatik, aber auch die Biotechnologie und sogar in die Musik. Laser nehmen also einen großen Stellwert in der Wirtschaft, sowie aber auch im Privatleben dar, weshalb das Thema auf jeden Fall aktuell ist. Jedoch sind sich die wenigsten Menschen wirklich bewusst darüber oder machen sich Gedanken darüber, wie ein Laser überhaupt funktioniert. Dabei ist das grundsätzliche Prinzip denkbar einfach.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Laser: Grundlagen
3 Besatzungsinversion
4 Laserarten und deren Verwendung
5 Geschwindigkeitsmessung mit dem Laser
6 Fazit
7 Literaturverzeichnis
Zielsetzung & Themen der Arbeit
Diese Hausarbeit verfolgt das Ziel, die Funktionsweise von Lasern allgemein verständlich darzulegen und deren vielfältige Einsatzmöglichkeiten zu beleuchten, wobei der Fokus insbesondere auf der physikalischen und mathematischen Methodik der Geschwindigkeitsmessung im Straßenverkehr mittels Lichtradar liegt.
- Grundlegende Definitionen und geschichtliche Entwicklung des Lasers
- Physikalische Voraussetzungen für Laserstrahlung wie die Besatzungsinversion
- Klassifizierung verschiedener Lasertypen und deren spezifische Anwendungsgebiete
- Funktionsweise und mathematische Grundlagen der Geschwindigkeitsmessung mit dem Lichtradar
- Analyse des Cosinus-Effekts bei der Laser-Geschwindigkeitsmessung
Auszug aus dem Buch
Geschwindigkeitsmessung mit dem Laser
Eine weitere verbreitete Nutzungsmöglichkeit für Laser ist die Geschwindigkeitsmessung im Straßenverkehr. Dabei werden Lasermessgeräte sowohl als mobile, als auch als stationäre Blitzer eingesetzt, und sogar in Form von Laserpistolen. Während Laserpistolen dem Bediener die Geschwindigkeit anzeigen, funktionieren andere mobile Laser- Blitzer und auch stationäre ganz autonom und schießen oftmals noch dazu ein Foto des zu schnell fahrenden Fahrzeugs. Einige stationäre Laser-Blitzer können dabei sogar mehrspurige Straßen überwachen und erfassen auch Autos beim Spurenwechsel (Pander, 2013). Die Geschwindigkeitsmessung per Laser beruht meistens auf dem Laserpuls-Prinzip, also der Laufzeitmessung. Dazu werden kurz hintereinander zwei oder mehr Lichtpulse ausgesendet welche vom Fahrzeug reflektiert werden. Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulse konstant ist, kann durch Messung der jeweiligen Pulslaufzeit die Fahrzeugentfernung zum jeweiligen Fahrzeug gemessen werden. Durch das bilden der Differenzen kann also die Fahrtgeschwindigkeit errechnet werden. Der Grundsätzliche Aufbau eines Lasermessgerätes ist dabei sehr einfach. Verbaut sind ein Laser, welcher den Strahl aussendet, sowie parallel dazu ein Empfangselement, auf welches der reflektierte Strahl auftrifft (Hascher, 2021).
Da die Geschwindigkeit des Laserstrahles bekannter Weise die Lichtgeschwindigkeit ist, kann mit einer einfachen Formel die Entfernung des Autos ausgerechnet werden. Durch die Entfernungsveränderung des Autos zwischen zwei (oder mehr) gesendeten Laserpulsen kann dann eine Geschwindigkeit errechnet werden.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in das breite Einsatzgebiet von Lasern ein und definiert die zentralen Forschungsfragen der Arbeit, die sich mit Lasertypen, physikalischen Gesetzen und der Lichtradar-Messtechnik befassen.
2 Laser: Grundlagen: Das Kapitel behandelt die Definition des Begriffs Laser sowie die historische Entwicklung und die physikalischen Basiseigenschaften elektromagnetischer Wellen.
3 Besatzungsinversion: Hier werden die notwendigen physikalischen Bedingungen für die Laserfunktion erläutert, insbesondere der Prozess der stimulierten Emission und das Drei-Niveau-System.
4 Laserarten und deren Verwendung: Dieses Kapitel klassifiziert Laser nach ihrem Medium und ihrer Betriebsart und beschreibt die Anwendung von Gas-, Farbstoff-, Festkörper-, Halbleiter-, chemischen Lasern und Free-Electron Lasern.
5 Geschwindigkeitsmessung mit dem Laser: Der Hauptteil beschreibt die Funktionsweise der Laufzeitmessung mittels Laserpuls sowie die mathematischen Hintergründe und Fehlerquellen bei nicht-frontalen Messungen, wie den Cosinus-Effekt.
6 Fazit: Das Fazit fasst die wesentlichen Ergebnisse zusammen, bestätigt die Bedeutung der untersuchten Technologien und beantwortet abschließend die eingangs formulierten Forschungsfragen.
7 Literaturverzeichnis: Auflistung aller verwendeten Quellen für die vorliegende Arbeit.
Schlüsselwörter
Laser, Lichtverstärkung, stimulierte Emission, Besatzungsinversion, Drei-Niveau-System, Gaslaser, Festkörperlaser, Halbleiterlaser, Laufzeitmessung, Geschwindigkeitsmessung, Lichtradar, Laserpuls-Prinzip, Cosinus-Effekt, Optik, Photonik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit bietet einen wissenschaftlichen Überblick über die Funktionsweise und die technologischen Grundlagen von Lasern sowie deren praktische Anwendung im Bereich der Geschwindigkeitskontrolle.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die zentralen Felder umfassen die physikalische Theorie der Strahlungserzeugung, die Typisierung verschiedener Lasersysteme und die messtechnische Anwendung von Lasern im Straßenverkehr.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist es, zu klären, wie Laser funktionieren, welche Varianten existieren und wie mittels Laserimpulsen präzise Geschwindigkeitsmessungen durchgeführt werden können.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es wird eine theoretische Analyse auf Basis physikalischer und mathematischer Gesetzmäßigkeiten durchgeführt, ergänzt durch beispielhafte Berechnungen für die Lichtradar-Anwendung.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretischen Grundlagen (Emission, Niveausysteme), die Einteilung der Laserarten und eine detaillierte technische Analyse der Geschwindigkeitsmessung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Laserstrahlung, Besetzungsinversion, Laufzeitmessung, Lichtradar und Cosinus-Effekt maßgeblich geprägt.
Was genau ist die Besetzungsinversion?
Sie beschreibt den energetischen Zustand, in dem sich mehr Atome in einem angeregten Zustand befinden als im Grundzustand, was für die Entstehung von Laserlicht zwingend erforderlich ist.
Warum gibt es bei der Geschwindigkeitsmessung Messfehler?
Messfehler treten auf, wenn das Gerät nicht exakt frontal zum Fahrzeug ausgerichtet ist; durch den sogenannten Cosinus-Effekt reduziert sich der gemessene Wert im Vergleich zur tatsächlichen Geschwindigkeit.
Welche Rolle spielt der Resonator bei einem Laser?
Der Resonator sorgt durch zwei Spiegel dafür, dass die Photonen reflektiert werden und die stimulierte Emission gezielt verstärkt wird, um einen gebündelten Strahl zu erzeugen.
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- Anonym (Author), 2021, OPTIK. Geschwindigkeitsmessung mit dem Laser (Lichtradar), Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1195848
