Auf gleicher Wellenlänge | Laser-Technologie im Überblick

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-Technologie im Überblick
(Bild: Ralf Lottig)

Mit unserem dreiteiligen Laser-Special möchten wir Klarheit über den Einsatz von Lasern schaffen – von den bisherigen technologischen Entwicklungen und aktuelle Geräte bis hin zu Gefahren und Regeln für den Einsatz bis hin zur Verantwortung des Betriebs.

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Teil I: Auf gleicher Wellenlänge | Laser-Technologie im Überblick

Teil II: The regels sind the Regels | Vorschriften für den Betrieb von Lasershowanlagen

Teil III: Es geht immer um sieben Millimeter | Laserschutzbeauftragter – Zuständigkeiten und Berechnungen


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 Outdoor-Veranstaltungen 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 Infrarotlaserdioden gepumpter Festkörper (DPPS 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 in der Lage, wesentlich kompaktere und effizientere Geräte in der Größe eines Konferenzraumprojektors mit Luftkühlung durch eingebaute Ventilatoren zu bauen, die mit einem Schukoanschluss für eine 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

In der Lasertechnologie wird zwischen „Dauerstrichlasern“ (continuous-wave laser, cw-laser) und „gepulsten Lasern“ unterschieden. Letztere erzeugen Leistungsintensitätsspitzen in der 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 Minimal- und 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.

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 (Bild: Andreas Eirainer)

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 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


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 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 Bewegungsgeschwindigkeiten möglichst klein, um die zu bewegende Masse gering zu halten. Sie werden mit magnetbasierenden Galvanometerantrieben – daher korrekterweise als Galvanometerscanner oder umgangssprachlich als Galvos bezeichnet – bewegt.

Scannereinheiten erzeugen durch zwei Mikrospiegel die Ablenkung in den Achsen X und Y (Bild: Sollinger)

Weiterentwicklungen in der Scannertechnik führten in den letzten Jahren 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.

LPS Impression Laser als Moving Head Laserprojektor (Bild: LPS-Laser)

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. Andere Geräte beinhalten gleich mehrere nebeneinanderliegende, feststehende Lichtaustritte und können als Rampen nebeneinander positioniert werden. Auch motorische Antriebe des gesamten Geräts ähnlich einem Moving Light mit Bewegungsmöglichkeiten in pan und tilt sind erhältlich.

Ansteuerung der Laser

Die Ansteuerung von professionellen Showlasersystemen erfolgt über ein von der bereits genannten ILDA standardisierten Analogsignal, welches über einen D-sub-Stecker mit 25 Polen übertragen wird. Zur Generierung der Signale werden verschiedene Programme und Systeme von den Herstellern angeboten. Als im Profimarkt etabliert können Lasergraph DSP und die Softwareprodukte von Pangolin angesehen werden, aber auch andere Hersteller bieten entsprechende Lösungen. Lasergraph DSP ist ein kombiniertes System aus Soft- und Hardware mit einem eigenen Betriebssystem. Da die Programmierung zwar auf einem Computer vorgenommen wird, die Daten für den Showablauf aber in der Hardware des Systemcontrollers gespeichert und auch von dort abgerufen werden, erspart man sich bei der Show die Abhängigkeit von der Stabilität des Standardbetriebssystems des Steuerungsrechners. Gleichzeitig stellt diese Lösung allerdings höhere Anforderungen an den Programmierer. Die ebenfalls weit verbreiteten Produkte von Pangolin sollen intuitiver einsetzbar sein, nutzen aber üblicherweise die Showdaten direkt vom verbundenen Rechner.

Auch wenn das Steuersignal analog standardisiert ist, haben einige Hersteller Lösungen entwickelt, die Signalübertragung zu digitalisieren und dann im oder am Lasergerät in die benötigten 0 bis 10 Volt zu wandeln. Dadurch wird eine Verbindung über Ethernetverkabelung ermöglicht. Einige Anwender nutzen aber durchaus das analoge Signal durchgängig vom Controller bis zum Laserprojektor, ersetzen allerdings die mechanisch etwas empfindlichen D-sub-Stecker gegen robustere Steckverbindungen nach eigenem Standard.

Aufgrund des Variationsreichtums der Einstellmöglichkeiten ist es nicht möglich, eine Show intuitiv live ohne Vorbereitung zu gestalten, sondern es ist erforderlich, Bilder und Bewegungsabläufe im Vorfeld einzugeben. Hilfreich sind hierbei Visualisierungsprogramme, die sowohl von den Laserherstellern als auch von weiteren Branchenbeteiligten angeboten werden und bereits vor einer Produktion eine Darstellung der Programmierung im virtuellen dreidimensionalen Raum erlauben. Ein möglicher Anwendungsfall ist eine Lasershow zu einem Musiktitel, der als Playback bei der Show eingespielt wird. Für eine solche Situation bietet sich eine Verknüpfung der fertig programmierten Show via Timecode an, bei der kein Eingriff während des regulären Ablaufs notwendig ist. Ein weiterer Anwendungsfall wäre die Begleitung einer live stattfindenden Performance, wie zum Beispiel einer Band. Um hier auf die möglicherweise zu erwartenden Abweichungen der Show eingehen zu können, ist es möglich, die vorprogrammierten Bilder der Lasersteuerung durch ein externen Signals (wie DMX) als Trigger von einem Lichtpult abzurufen.

Lasershows sind Maßanfertigung

Die Programmierung einer professionellen Lasershow ist natürlich neben allen technischen Aspekten vorrangig ein kreativ-künstlerischer Vorgang, der sich ähnlich wie die Programmierung von Moving Lights nicht auf die einfache Eingabe von Signalwerten reduzieren lässt. Eine gute Lasershow ist eine Maßanfertigung für den jeweiligen Anlass und erfordert ein Gefühl für Dramaturgie. „Entscheidend ist die Kreativität. Die Qualität einer Lasershow scheitert heute nicht mehr maßgeblich daran, von welchem Hersteller das Gerät zusammengebaut wurde“, bilanziert Daniel Brune vom Lasershowanbieter Laserfabrik. „Man gibt den Leuten so viel, dass sie darüber nachdenken und sie darüber sprechen, ohne sie mit Effekten zu erschlagen. Wir versuchen Momente zu erschaffen, die berühren.“

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