Was ist Laserstrahlung? Laser ist die Abkürzung für "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" - Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission. Dies bezieht sich auf die Art der Strahlenerzeugung. Laserstrahlung kann in einem relativ großen Bereich des optischen Spektrums erzeugt werden. Laserstrahlung hat mehrere beachtliche Eigenschaften: Sehr hohe Einfarbigkeit Kohärenz Starke Strahlenbündelung Hohe Strahlungsdichte Das Wort " Laser " ist die Abkürzung für " L ight A mplification by S timulated E mission of R adiation " (Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission) und bezieht sich auf die Art der Strahlenerzeugung. Der Laser ist eine relativ junge Erfindung. Er wurde erstmals im Jahr 1960 mit einem Rubinkristall realisiert. Erzeugung von Laserstrahlung Der erste Schritt zur Erzeugung von Laserstrahlung besteht in der Anregung eines Laser mediums durch Energiezufuhr (als "Pumpen" bezeichnet). Als Lasermedium können sehr unterschiedliche Stoffe dienen. Verwendet werden Festkörper (wie zum Beispiel ein Rubinkristall), Halbleiter, Flüssigkeiten (wie zum Beispiel gelöste Farbstoffe) oder Gase (wie zum Beispiel ein Gemisch aus Helium und Neon). Die Zufuhr der Anregungsenergie kann durch Blitzlampen, elektrische Gasentladungen, chemische Reaktionen oder einen anderen Laser erfolgen. Einige der angeregten Atome oder Moleküle des Lasermediums geben Photonen (Lichtquanten) ab und gehen dabei wieder in den nichtangeregten Zustand über. Treffen diese Photonen auf andere Atome oder Moleküle im angeregten Zustand, so geben diese ebenfalls Photonen ab, die mit den aufgetroffenen Photonen in Wellenlänge , Phase und Abstrahlrichtung exakt übereinstimmen. Diesen Vorgang nennt man "stimulierte Emission ". Um eine Verstärkung der Strahlung zu erreichen, lässt man den Vorgang in einem Resonator ablaufen, das heißt die Strahlung wird in einem Rohr an beiden Enden durch Spiegel reflektiert und durchläuft so das Lasermedium mehrmals. Bei jedem Durchgang werden weitere angeregte Atome oder Moleküle zur Abgabe von Photonen stimuliert. Voraussetzung dafür ist, dass die Länge des Resonators einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge entspricht. Einer der beiden Spiegel ist halbdurchlässig, so dass ein Teil der Strahlung das Laser medium verlassen kann. Eigenschaften der Laserstrahlung Die austretende Laserstrahlung hat mehrere beachtliche Eigenschaften: Sehr hohe Einfarbigkeit (Monochromasie) - sie weist genau eine Wellenlänge auf; Kohärenz - die Wellen sind sowohl zeitlich als auch räumlich "in Phase ", das heißt sie schwingen - bildlich gesprochen - parallel im gleichen Takt; Starke Strahlenbündelung - der Durchmesser des Strahls ist auch bei großer Entfernung von der Quelle sehr gering; Hohe Strahlungsdichte - aufgrund der starken Bündelung und der großen Verstärkung der Strahlung trifft auf eine kleine Fläche Strahlung mit hoher Intensität auf. Die Strahlungsdichte der Sonne kann damit um ein Vielfaches übertroffen werden. Laser strahlung kann in einem relativ großen Bereich des optischen Spektrums erzeugt werden. Er reicht vom Infrarotbereich über das sichtbare Licht bis zum UV . Der Wellenlängenbereich erstreckt sich von etwa 200 nm bis etwa 10 000 nm . Pulslaser Man kann Laser auch danach unterteilen, ob sie kontinuierlich Strahlung aussenden oder gepulst arbeiten. Pulslaser können zum Beispiel viele Pulse in definierten zeitlichen Abständen aussenden oder aber Einzelpulse. Für spezielle Anwendungen werden extrem kurze Einzelpulse mit außerordentlich hohen Spitzenleistungen erzeugt. So werden zu medizinischen oder kosmetischen Zwecken (beispielsweise zur Entfernung von Tätowierungen) Laser verwendet, deren Pulse im Nanosekunden- oder sogar Pikosekundenbereich liegen. (Eine Pikosekunde ist der Billionste Teil einer Sekunde). Stand: 07.10.2025
Die Schadstoffentstehung von NO und CO im Bereich der kalten Zylinderwand waehrend der Expansion in einem Kolbenmotor soll durch Simulation des Verbrennungsprozesses in einem Stosswellenrohr untersucht werden. Die Wand des Hubraumes wird durch die Rueckwand des Stossrohres dargestellt. Der an der Rueckwand des Stossrohres reflektierte Stoss zuendet ein Gasgemisch, das O2, N2, CH4 im Argonbad enthaelt. Ein fuer optische Untersuchungen an der Rueckwand geeignetes Stosswellenrohr wurde aufgebaut und in Betrieb genommen. Interferometrische Messungen (raeumlich und zeitlich aufgeloest) des Brechungsindexes in wandparallelen Schichten im Bereich der kalten Wand mittels Laserstrahlen und Messungen des Waermestromes in die Rueckwand des Stossrohres bei zuendfaehigen Gasgemischen wurden abgeschlossen. Die experimentellen Daten dienen zur Ueberpruefung des theoretischen Modells im Bereich der Wand (s. Projekt 16/9/9). Geplant sind zeitlich und raeumlich aufgeloeste Absorptionsmessungen von NO, OH im UV-Bereich. Weiter soll im IR-Bereich die Emission von CO2, CO und H2O gemessen werden. Ausserdem soll die Intensitaet der Reaktionskontinua (CO + O = CO2, NO + O = NO2) bestimmt werden.
Mit der angestrebten schrittweisen Kraftstofftransformation ('Fuel-Switch') von fossilem Erdgas zu klimaneutralen Gasen wie z.B. grünem Wasserstoff werden in Zukunft unterschiedliche Gasgemische im Gasnetz vorliegen. Im Rahmen des Projekts 'HydroFit' sollen Gasmotoren in KWK-Anlagen für diesen 'Fuel-Switch' ertüchtigt werden. Dabei werden neben zukünftigen Motoren, auch insbesondere Bestandsanlagen adressiert, die durch HydroFit leistungstechnisch optimiert werden. Um die Motoren in Zukunft nachhaltig, effizient und emissionsarm betreiben zu können, bedarf es geeigneter Anpassungen in Hard- und Software. Hierfür wird ein adaptives System entwickelt, das es ermöglicht, Gasmotoren unabhängig von der aktuellen Kraftstoffzusammensetzung im Versorgungsnetz zu betreiben. Das System kann dabei auf zeitlich sich ändernde Gaszusammensetzung reagieren, ohne dass Umbauten am Motor durchgeführt werden müssen. Dies ist insbesondere für die Übergangsphase der schrittweisen Einführung von der Wasserstoffbeimengung bis zur reinen Wasserstoffbereitstellung von Bedeutung. Zusätzlich wird HydroFit konstruktiv so gestaltet, dass bereits im Betrieb befindliche Anlagen wirtschaftlich ohne Änderungen am Grundmotor nachgerüstet werden können. Um die Funktionalität des Konzepts sicherzustellen, soll nach der Entwicklung eines Prototypsystems, dieses zunächst im Labor getestet werden. In einer weiteren Ausbaustufe erfolgt die Erprobung an einem Versuchsmotor im Feld. Mit dem vollständigen Umstieg auf Wasserstoff und andere klimaneutrale Kraftstoffe können Gasmotoren-BHKW nicht nur als Brückentechnologie in der Energiewende dienen, sondern auch langfristig für die Dekarbonisierung der Wärme- und Stromerzeugung sorgen. Mit dem in diesem Vorhaben geplanten adaptiven System bleiben sie dabei sehr flexibel und können im Gegensatz zu alternativen Technologien (wie z.B. der Brennstoffzelle) unabhängig von der Kraftstoffzusammensetzung, insbesondere der Reinheit des Wasserstoffs, betrieben werden.
Mit der angestrebten schrittweisen Kraftstofftransformation ('Fuel-Switch') von fossilem Erdgas zu klimaneutralen Gasen wie z.B. grünem Wasserstoff werden in Zukunft unterschiedliche Gasgemische im Gasnetz vorliegen. Im Rahmen des Projekts 'HydroFit' sollen Gasmotoren in KWK-Anlagen für diesen 'Fuel-Switch' ertüchtigt werden. Dabei werden neben zukünftigen Motoren, auch insbesondere Bestandsanlagen adressiert, die durch HydroFit leistungstechnisch optimiert werden. Um die Motoren in Zukunft nachhaltig, effizient und emissionsarm betreiben zu können, bedarf es geeigneter Anpassungen in Hard- und Software. Hierfür wird ein adaptives System entwickelt, das es ermöglicht, Gasmotoren unabhängig von der aktuellen Kraftstoffzusammensetzung im Versorgungsnetz zu betreiben. Das System kann dabei auf zeitlich sich ändernde Gaszusammensetzung reagieren, ohne dass Umbauten am Motor durchgeführt werden müssen. Dies ist insbesondere für die Übergangsphase der schrittweisen Einführung von der Wasserstoffbeimengung bis zur reinen Wasserstoffbereitstellung von Bedeutung. Zusätzlich wird HydroFit konstruktiv so gestaltet, dass bereits im Betrieb befindende Anlagen wirtschaftlich ohne Änderungen am Grundmotor nachgerüstet werden können. Um die Funktionalität des Konzepts sicherzustellen, soll nach der Entwicklung eines Prototypsystems, dieses zunächst im Labor getestet werden. In einer weiteren Ausbaustufe erfolgt die Erprobung an einem Versuchsmotor im Feld. Mit dem vollständigen Umstieg auf Wasserstoff und andere klimaneutrale Kraftstoffe können Gasmotoren-BHKW nicht nur als Brückentechnologie in der Energiewende dienen, sondern auch langfristig für die Dekarbonisierung der Wärme- und Stromerzeugung sorgen. Mit dem in diesem Vorhaben geplanten adaptiven System bleiben sie dabei sehr flexibel und können im Gegensatz zu alternativen Technologien (wie z.B. der Brennstoffzelle) unabhängig von der Kraftstoffzusammensetzung, insbesondere der Reinheit des Wasserstoffs, betrieben werden.
Der sich durch eine zweistufige Verbrennung auszeichnende schnelllaufende Vorkammer-Dieselmotor, wegen seiner vergleichsweise verfahrenstypischen Laufruhe sehr gut fuer den Einsatz im PKW geeignet, zeigt vor allem im Teillastgebiet eine hohe Russemission, die den Vorteil der relativ niedrigen Stickoxid- und Kohlenwasserstoff-Emission entgegensteht. Durch eine Aenderung der Vorkammergeometrie konnte aufgrund verbesserter Stroemungs- und Gemischbildungsverhaeltnisse in einem weiten Last- und Drehzahlbereich die Russemission bis zu ca.50 v.H. ohne Verbrauchseinbusse vermindert werden. Leider wird jedoch dieser Erfolg mit einer ca. 20-prozentigen Erhoehung der Stickoxidemission erkauft. Dieser Nachteil konnte durch eine zweckentsprechend dosierte Abgasrueckfuehrung eliminiert werden, ohne dass dadurch die Verminderung der Russemission nennenswert beeintraechtigt wurde. Bei einer weitergehenden Verminderung der Stickoxidemission stieg die Russemission nicht unbetraechtlich an, sie blieb allerdings noch deutlich (z.B. 25 v.H.) unter der des Serienmotors. Die mittels einer Geruchsmessstation durchgefuehrten Untersuchungen ergaben fuer die veraenderte Vorkammer im Vergleich zur serienmaessigen Version sogar eine etwas geringere Geruchsintensitaet, obwohl diese beim serienmaessigen Motor im Vergleich zum direkteinspritzenden Dieselmotor schon sehr niedrig ist. Mit der modifizierten Vorkammer konnte auch die an der Russgrenze erreichbare Leistung um ca. 5 v.H. angehoben werden.