Aufgabensammlung Physik: Intensität und Feldstärken eines Lasers

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Aufgabe

Laserschneider bei der Arbeit

Ein CO2-Laser zum Schneiden von Bau- von Edelstahl hat eine typische Strahlleistung von 1 bis 6 Kilowatt. Nehmen wir an, wir hätten einen solchen CO2-Laser mit einer Leistung von . Der Strahlradius sei .

  1. Berechne die Amplituden der elektrischen Feldstärke (E-Feld) und der magnetischen Flussdichte (B-Feld).
  2. Wie groß ist der Strahlungsdruck und die Kraft, die der Laser ausübt?
  3. Wie groß ist die Intensität des Lasers?

Lösung

Die Lichtintensität des Lasers ist die mittlere Energie, die pro Fläche und pro Zeiteinheit eine Querschnittsfläche des Laserstrahls passiert. Die Strahlleistung ist , also 5 Kilojoule pro Sekunde. Der Strahlradius ist und damit ist die Fläche eines Laserstrahlquerschnitts gleich . Damit ist die Intensität

Es ist aber auch , wobei der Brechungsindex des Mediums, die elektrische Feldkonstante und die Amplitude des elektrischen Feldes ist. Nach Umstellung der Formel nach erhält man:

Die Amplitude des magnetischen Feldes hängt mit der Amplitude des elektrischen Feldes über die Formel zusammen. Damit ist

Der Strahlungsdruck kann aus der Formel berechnet werden:

Die dann ausgeübte Kraft ist