Hauslekture. Методическое пособие - Ситникова О.А., Галкина О.В

Energiesparpunkt gelegt. Der Artikel kann Physikern, Laser Ingenieuren und Metallurgen empfohlen werden.

Übung 10. a) Machen Sie sich mit dem Inhalt der Dialoge bekannt. b) Suchen Sie dabei bekannte Strukturen.

c) Lesen Sie die Dialoge mit verteilten Rollen vor. Die dritte Person spielt dabei die Rolle des Dolmetschers.

I

Ein Gespräch mit Professor Schmidt über den Laser

Der Reporter einer Tageszeitung besuchte Professor Schmidt, einen bekannten Fachmann auf dem Gebiet der Lasertechnologie und sprach mit ihm in seinem Forschungslabor.

Reporter: Vielen Dank, Herr Professor, für Ihre Bereitschaft, die Fragen aus unserer letzten Leserpost zu beantworten. In Ihrem letzten Artikel haben Sie viel Aufmerksamkeit der Lasertechnologie gewidmet. In diesem Zusammenhang haben wir viel Post von unseren Lesern bekommen.

Prof. Schmidt: Ich würde Sie bitten, die Fragen themenweise vorzulegen. Denn ich wollte mit meinem Artikel in erster Linie die Meinung über die Zukunft des Lasereinsatzes äußern.

R.: Entschuldigung, Herr Professor, eine Zwischenfrage von einem Laien. Woher kommt überhaupt das Wort "Laser" und was bedeutet es?

S.: Sehen Sie, erstens: der Name beruht auf einem Kurzwort aus dem Englischen und hat zwei Bedeutungen. In der Regel meint man damit Lichtverstärkung durch erzwungene oder "stimulierte"Emission. Und zweitens: Der Laser ist der Verstärker selbst. Der Laser ist als selbstständig strahlende Lichtquelle wichtig. Oh, Entschuldigung, es klingelt, ich erwarte ein wichtiges Telefongespräch.

R.; Bekanntlich ist die Heimat des ersten Lasers die USA S.: Ganz recht. Ein junger

S.: Das war ein Festkörperlaser mit einer Blitzlampe und einem Rubinkristall. Man muss aber zugeben, dass die Arbeiten daran auch in anderen Ländern liefen. Auch bei

R.: Danke-, Herr Professor, sehr gerne.

III

Beim Kaffee Trinken

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Verstärkung von kohärentem Licht". Also, wie Sie sehen, hat das Wort "Laser" zwei Bedeutungen: 1. Lichtverstärkung durch erzwungene Emission und 2. das Gerät, der Lichtverstärker, selbst.

2.Das Gerät von Maiman bestand aus einer Blitzlampe sowie einem Stückchen des Edelsteins Rubin. Der Rubin wurde vom Blitz zum knallroten "atomaren Licht"

von bisher ungeahnter Intensität gebracht. Diese Anordnung hatte kaum Streuung und bis zu 500 Billionen (1012 , oder tausend Milliarden) Schwingungen pro Sekunde. Der Amerikaner berichtete dazu, er sei heller als die Sonne in ihrem Zentrum und so heiß, dass man damit Lebewesen und Metall verdampfen könne.

3.Während sich die Journalisten sehr ausführlich mit der Hitze des neuen Lichtes befassen, interessiert sich Dr. Schäfer mehr für die Helligkeit des Lasers. An der Universität Marburg untersucht er, wie einfallendes Licht von blauer, roter oder grüner Farbe absorbiert oder reflektiert wird. Die Frage ist, unter welchen Bedingungen tritt "Eigenleuchten" auf, die so genannte deutlich sichtbare Fluoreszenz. Um sie auszulösen, braucht man sehr helles Licht. Schäfer verwendet schon die stärksten Blitzgeräte, aber das reicht noch nicht.

4.Er kauft in der Schweiz für seine Experimente zwei Stückchen synthetischer Rubinkristalle. Nach Marburg zurückgekehrt, baut sich Professor Schäfer zusammen mit Kollegen das allererste Laserchen in Deutschland. Das Gerät sieht ganz einfach

aus: Blitzlämpchen um das Rubinstäbchen. Aber es funktioniert. Im Sommer 1962 peilt Schäfer mit dem knallroten Laserstrahl ein Glasfläschchen, Küvette3 genannt, mit blauem Farbstoff an und wartet mit einem alten amerikanischen Nachtsichtgerät4 auf die Fluoreszenz im unsichtbaren Infrarotbereich (IR-Bereich). Der Versuch klappte. "Da sah man die Fluoreszenz wunderbar grün aufleuchten", so Schäfer.

5.Nun stellte Schäfer Rubinstäbchen und Farbstoffküvette zwischen zwei Spiegel. Diese Versuchsanordnung nenntman Resonator. Das erste Experiment im Resonator ist ein Erfolg, aber der zweite Versuch erweist sich als Flop: kein Aufleuchten. Der Grund für die Pleite wird schnell gefunden. Der Laserstrahl hat sich von alleine so verstärkt, dass er die Silberbeschichturig der Spiegel weggedampft hat. Im ersten Stock des Instituts entstand dabei ein Riesenimpuls, extrem stark und so kurz, dass man ihn gar nicht mehr messen konnte.

6.Zwei Jahre später entwickelt Professor Schäfer einen Laser, wie ihn die Welt noch nicht gesehen hat, den ersten Farbstofflaser der Welt. Auch die erste Idee für den Lichtverstärker ist ebenso in Deutschland entstanden. Die von Albert Einstein aufgestellte Lichtquantenhypothese diente dabei als theoretische Grundlage des Lasers.

7.Deutschland gilt neben den USA und Japan als führend in der Erforschung und Anwendung von Lasertechnologien. Vor allem das Aachener Fraunhofer Institut für Lasertechnik (ILT) gehört zu den Spitzenreitern in Sachen Laser. Seit kurzem verfügt es über eine Filiale in den USA und ist an einem deutsch-französischen Laserzentrum

bei Paris beteiligt. Bei so genannten Excimerlasern und bei CO2-Lasern nimmt Deutschland ohnehin eine Führungsposition ein. Jetzt soll auch bei leistungsstarken Minilasern der Durchbruch erfolgen. Und an den Universitäten in Jena und Konstanz forschen Fachleute an einem Atomlaser. Er arbeitet mit dem idealen Gas, dem so

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genannten Bose-Einstein-Kondensat, und wird deshalb "Böser" genannt. Mit ihm könnte man Atome zu winzigen Nanostrukturen auf der Oberfläche eines Chips anordnen. Natürlich ist das noch Zukunftsmusik. Aber die kurze Geschichte und der schnelle Siegeszug des Lasers haben bewiesen, dass in dieser Technologie nahezu nichts unmöglich ist.

8.Nach den Typen unterscheidet man Festkörperlaser (Rubin-öder NeodymGlaslaser) und Gaslaser, der erste entstand im gleichen Jahr mit dem Rubinlaser von Maiman. 1962 gelang dann der Bau der ersten Halbleiter Laser in mehreren Ländern zu gleicher Zeit. 1963 kam noch der Flüssigkeitslaser dazu. Damit lagen alle Lasergrundtypen vor. Auf ihrer Grundlage wurden in den folgenden Jahren viele Spezialent-wickhmgen geschaffen. Je nach dem aktiven Arbeitsmedium kann man weitere Lasertypen nennen: Farbzentrenlaser, Rekombinationsoder Plasmalaser, Laser an freien Elektronen, oder auch Freie- Elektronen-Laser, FEL genannt, frequenzstabilisierte Laser u.a.m.

9.Die technologische Anwendung der Laser entwickelte sich schnell in sehr vielen Bereichen. Der erste kommerzielle Rubinlaser war bereits 1961 auf dem Markt. Spektroskopie, Übertragungsleitungen für Lichtstrahlen, Nachrichtenwesen, Kurzzeitfotografie, Materialbearbeitung, Medizin, Plasmaerzeugung, optische Datenverarbeitung — nur einige Beispiele der ersten Anwendungsveß»che der

Lasettechnologie. Eine der vielen interessanten, rukuaftsorientierten Entwicklungen ist auch die Holografie, eine Art der 3-D-Fotqgrafie5. Es sei hier auch der Einsatz von Laserbauelementen in Computern und als Messmittel in der Metrologie erwähnt

IQ.Gegenwärttg läuft in Deutschland ein intensiver Prozess der Erforschung und Nutzbarmachung der Laserphysik. Von Anfang an haben deutsche Forscher die Erfolgsgeschichte der Lasertechnologie mitbestimmt. Zuerst war es Zufall, jetzt ist es exakte Planung. Das Programm "Laser 2000" machte Deutschland fit für die Technologie der Zukunft.

Übung 12. Suchen Sie im Text Sätze mit Konjunktiv und Partizipialwendungen. Übersetzen Sie diese Sätze.

Übung 13. Übersetzen Sie bitte den dritten Absatz des Textes. Machen Sie dabei eine grammatische Analyse.

Übung 14. Suchen Sie im Text Sätze, wo:

—es um den Laser von T. Maiman geht;

—es sich um die Versuche des deutschen Physikers Fritz Peter Schäfer handelt;

—die Rede vom Farbstofflaser ist;

—von der theoretischen Grundlage zur Entwicklung eines Lasers gesprochen

wird;

—die Herkunft und Bedeutung des Quantengenerators erklärt werden;

—die Zusammenarbeit Deutschlands auf dem Gebiet der Lasertechnologie behandelt wird;

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— die technologischen Anwendungsbeispiele einiger Lasertypen genannt werden.

Übung 15. Beanworten Sie bitte folgende Fragen zum Text:

l. Was bedeutet das Wort "Laser"? 2. Ans welcher Sprache kommt dieses Kurzwort? 3, Wo uadi wann entstand der erste Festkörperlaser? 4. Von wem wurde er gebaut? 5. Was diente als Arbeitsmedium für diesen Laser? 6. Woraus bestand der Laser von T. Maiman? 7. Welche Lasertypen kennen Sie? 8. Um welche Zeit sind sie entstanden? 9. Von wem stammt die theoretische Begründung des Lasers? 10. Wer war der Erfinder des ersten Farbstofflasers? 11. Welche Positionen nimmt Deutschland in der Lasertechnologie weltweit ein? 12. Welche Forschungsstätten Deutschlands befassen sich aktiv mit dem Laserproblem? 13. Mit wem arbeitet Deutschland auf dem Gebiet der Lasertechnologie zusammen? 14. Was ist Ihnen über das Programm "Laser 2000" bekannt? 15. Wo finden heute Laser Anwendung?

Übung 16. Ergänzen Sie folgende Sätze; sie können sich dabei kontrollieren (s.

S.430)

1.Den ersten Festkörperlaser hat 1960 der Amerikaner T. Maiman .... 2. In Lexika finden wir einige Definitionen für den.... 3. Das Wort "Laser" ist ein Kurzwort aus dem.... 4. Der Laser von T. Maiman bestand aus einer Blitzlampe und einem Stückchen ... . 5. Der erste kommerzielle Festkörperlaser war auch ein .... 6. Professor

Schäfer aus Deutschland baute den ersten .... 7. Bei CO2- und Excimerlasern nimmt Deuschland eine .... 8. Das Institut für Lasertechnik (ILT) aus Aachen hat in den USA eine ... . 9. Das ILT ist an einem deutschfranzösischen Laserzentrum bei Paris ... . 10. An den Universitäten in Jena und Konstanz forschen Fachleute an einem ... . 11. Nach dem Arbeitsstoff— dem Bose-Einstein Kondensat—heißt dieser Laser .... 12. Das Programm "Laser 2000" hat Deutschland für die zukunftsorientierte Technologie fit ...

.

Übung 17. Referieren Sie schriftlich den Text 22.

Aufgaben zur Diskussion und Meinungsbildung

I. Können Sie Anwendungsbeispiele des Lasers aus Ihrer eigenen Erfahrung anfuhren?

II. Wie stehen Sie zur Behauptung: "Das Programm Laser 2000 machte Deutschland fit für die Technologie der Zukunft"?

III. Sehen Sie den nachstehenden Text durch und besprechen Sie ihn mit Ihren Kommilitonen.

Schlüsseltechnologie Lasertechnik

Die Anwendung der Lasertechnik in der Materialverarbeitung gehört weltweit zu den am stärksten wachsenden Industriemärkten. Mit seinem Engagement für wirtschaftlich angewandte und produktionsorientierte Forschung nimmt das Festkörperlaser-Institut Berlin eine Sonderstellung ein. Auf der Laser 91 konnte das

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Forschungsinstitut seinen jüngsten Erfolg präsentieren: den ersten Nd:YAG-Rohr- Laser. Er erzielt den weltweit höchsten Wirkungsgrad eines blitzlamp-engepumpten Hochleistungslasers von 7,5% und eine mittlere Ausgangsleistung von 1000 Watt.

Тексты для самостоятельной работы

1. Wie alles begann

Begonnen hat alles mit Josef Maria Jaquard im Jahre 1804. Er war es leid, sich die komplizierte Steuerung eines Webstuhles zu merken und — vor allem — ständig wieder dieselben Handgriffe zu machen. Er sann auf Abhilfe und erfand die Steuerkarten für den Webstuhl. Diese bestanden aus Holz und hatten an bestimmten Stellen Löcher. In diese Löcher griffen Stifte und diese steuerten den Webstuhl. Mit dieser Idee gilt Jaquard als Erfinder der ersten Programmsteuerung.

Einige Jahrzehnte später kam Hermann Hollerith in den USA auf die Idee, die Holztafeln durch Pappe zu ersetzen, die Löcher dichter zu machen und den Webstuhl mit Zähluhren zu vertauschen. Verwendet wurde das Ganze für die amerikanische Volkszählung von 1890. Die Aktion wurde (im Gegensatz zur hiesigen Volkszählung von 1987) ein voller Erfolg, denn die Ergebnisse lagen bereits nach vier Wochen statt nach mehreren Jahren vor. Die von Hollerith erfundene Lochkarte wird in fast unveränderter Form übrigens noch heute verwendet. Die von ihm gegründete Firma gibt es heute unter einem anderem Namen, er lautet IBM.

Aber so ganz richtige Datenverarbeitung war das eigentlich noch nicht. In Schwung kam die Geschichte erst in unserem Jahrhundert. Besonders förderlich war der 2. Weltkrieg, der immer schnellere Rechner erforderte (um die gegnerischen Funksprüche zu dechiffrieren).

Aber schon vorher hatte der Bauingenieur Konrad Zuse (geb. 1910) die Nase vom manuellen Rechnen voll (genau wie die anderen vor ihm). Er mußte ständig dieselben (statischen) Berechnungen mit immer neuen Zahlen durchführen. „Das muß anders werden" sagte er sich und steckte viel Zeit und Geld in die Entwicklung einer Maschine, die das mühsame Rechnen übernehmen sollte. Seine Versuche waren erfolgreich. Der erste Rechner, noch ganz mit mechanisch arbeitenden Relais ausgerüstet, funktionierte bereits . Den ersten elektronischen Rechner, die berühmte Z3 baute Zuse im Jahre 1941.

Zuse ließ nicht locker. Seine Rechner wurden kleiner, schneller und besser. Die Z4 wurde sogar in Serie gebaut und war in vielen Hochschulen das erste elektronische Rechengerät überhaupt.

Mit der Erfindung des Transistors und der Integrierten Schaltung ging die Entwicklung der Rechnertechnik rapide vorwärts. Geräte, die vorher ganze Hallen ausfüllten, schrumpften auf die Größe einiger Schränke zusammen. Heute paßt dieselbe Rechenleistung locker unter den Tisch.

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Grundsätzlich kann man in jedem Zahlensystem arbeiten, aber der Mensch ist ein Gewohnheitstier, und dem Rechner geht es nicht anders. Der Mensch denkt dezimal, der Rechner binär (oder dual). Aber warum tut er das? Das ist aus heutiger Sicht leicht zu beantworten. Die ersten (mechanischen) Rechenmaschinen arbeiteten nämlich sehr wohl nach dem Dezimalsystem, genau wie das mechanische Registrierkassen auch heute noch tun. Schuld an der Misere ist die Elektronik und der elektrische Strom.

Wird ein Rechner elektronisch betrieben, ist es schwierig, die zehn verschiedenen Zustände, die man im Dezimalsystem benötigt (0-9) darzustellen, denn entweder es fließt Strom oder es fließt kein Strom. Anders ausgedrückt: entweder der Schalter ist an oder der Schalter ist aus. Dazwischen gibt es nichts!3

Nun ist der Prozessor mit dem Systemtakt allein nicht lebensfähig. Er braucht Gesellschaft. Das hat er mit den Menschen gemeinsam. Sein Kollegenkreis besteht aus anderen schwarzen Käfern, die sich auf andere Aufgaben spezialisiert haben.

4. Speicher

Der Geist ist willig, aber das Fleisch ist schwach. Was wäre der Mensch ohne Papier und Bleistift, Notizzettel und Karteikasten und natürlich seinen Kopf. All das dient zum Ablegen von Informationen, die mehr oder weniger lange aufbewahrt werden sollen.

Auch ein Computer benötigt solche Ablagen, diese nennt man Speicher. Die Pluralform läßt bereits vermuten, daß es mehrere davon gibt. Genau wie der Mensch unterscheidet auch ein Computer nach gewissen Kriterien die Art der Aufbewahrung seiner Daten. Eines dieser Kriterien ist die Zeit, die zum Wiederfinden der Information vergehen darf, ein anderes die Dauer, für die die Daten aufbewahrt werden sollen.

5. Interne Speicher

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Für Daten, die sehr schnell (im Nanosekundenbereich) und auch ständig zur Verfügung stehen müssen dient der interne (eingebaute) Hauptspeicher. Dieser Speicher wird mit RAM (für Random Access Memory = beliebig ansprechbarer Speicher)5 bezeichnet. Beliebig heißt, daß der Anwender oder das Programm des Anwenders nach Lust und Laune in den Speicher schreiben und aus dem Speicher lesen darf. Die Daten im RAM-Bereich können sich also ändern. Nachteil dieses sehr schnellen (und teuren) Speichers ist, daß er zum Speichern Strom braucht. Und ohne Strom wird er sehr vergeßlich. Das heißt, daß mit Ausschalten des Rechners alle (!) Informationen im RAM verlorengehen!

Nun gibt es aber auch Daten (und insbesondere Programme), die sich auf keinen Fall ändern dürfen. Dazu gehören insbesondere das sogenannte Monitorprogramm oder der Urlader, die es möglich machen, daß ein Rechner beim Einschalten überhaupt etwas tut, und sei es noch so wenig. Dafür gibt es andere elektronische Bausteine, die sich vom RAM nur dadurch unterscheiden, daß die Informationen darin fest eingebrannt und unveränderlich sind, sowie ohne Strom auskommen. Diese Bausteine nennt man ROM (für Read Only Memory = Nur-Lese Speicher). Im Übrigen sind diese Dinger fast genauso schnell wie RAM-Bausteine, manchmal aber deutlich teurer, weil in den darin steckenden Informationen echte Arbeit (sprich Gehirnschmalz) steckt.

6. Externe Speicher

Aberidjese beiden Speicher allein machen noch keinen Rechner. Denn so eine Maschine ist im wesentlichen dazu da, Daten zu verarbeiten. Diese Verarbeitung besteht darin, Daten aufzunehmen, damit irgendwelche Operationen durchzuführen, und die

So erhaltenen neuen oder geänderten Daten wieder auszuspucken. Nun soll es aber vorkommen, daß man Daten etwas länger als für die aktuelle Bearbeitung aufheben will. Im RAM geht das nicht (wegen des Strombedarfs) und das ROM ist auch nicht verwendbar (weil nicht beschreibbar). Es werden zusätzliche externe Speicher benötigt.

Gesehen hat diese externen Speicher jeder schon mal. Es handelt sich um die sogenannten Diaketten oder Floppies. Diese viereckig verpackten runden Scheiben sind in der Lage, Daten auch ohne Strom zu speichern. Das dabei verwendete Prinzip ist vergleichbar mit dem Tonband oder Cassettenrecorder. Die Daten werden in elektrische Signale verwandelt und diese in magnetische Signale. Der Rest ist Physik, magnetische Zustände sind relativ stabil und bleiben über lange Zeiten erhalten.

Je nach Bauart und Qualität kann man auf einer Diskette zwischen 360.000 und 1.450.000 Zeichen unterbringen, damit die Zahlen überschaubar bleiben spricht man auch von 360 kB bzw 1,44 MB. Dabei steht das k für Kilo und meint in Wirklichkeit 1024, das M steht für Mega und meint 1024k oder 1024*1024. Bleibt das "B". Es steht für Byte und meint die kleinste, einzeln ansprechbare Informationsmenge.

Wem das nicht reicht, der greift zur Festplatte. So eine Festplatte ist nichts zum Essen und erst recht nichts zum Anfassen. Eine Festplatte wird meistens in den

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Rechner eingebaut, verhält sich aber sonst wie eine Floppy. Nur paßt halt wesentlich mehr drauf, das Speichervermögen beginnt bei etwa 20 MB und ist nach oben beliebig offen. Die natürliche Obergrenze liegt im Geldbeutel. Je mehr Speicher, desto teurer.

Für spezielle Anwendungen (vor allem zur Datensicherung in Betrieben) gibt es noch Streamer, die wie eine normale Casette aussehen und auch genauso arbeiten. Diese können 80—120 MB aufnehmen und bei Bedarf wieder abgeben.

Schnittstellen

Wie man maschinell lesbare Daten in die Maschine bekommt wissen wir jetzt. Anderen Daten bleibt dir Tür zum Rechner verschlossen, das Problem ist der Mensch. Aber auch dieses Problem wurde gelöst. Er kann über Tastatur und Bildschirm mit der Maschine kommunizieren. Der Anschluß solcher Geräte geht über eine Schnittstelle. Diese erkennt man rein äußerlich daran, das es sich um eine Steckverbindung zum Rechner handelt. Sowohl im Rechner wie im angeschlossenem Gerät sitzen spezielle Schnittstellenbausteine, die für einen mehr oder weniger reibungslosen Ablauf sorgen. Für komplizierte Kommunikationsprobleme reicht ein einfacher Baustein oft nicht mehr aus. Dann greift man zur Schnittstellenkarte, die diese Aufgabe übernimmt. Die Karte wird in einen Steckplatz im Rechner eingesetzt und hat dann auf der Rückseite Anschlüsse für das entsprechende Gerät. Eine solche Karte wird zum Beispiel für den Bildschirm benötigt.

7. Futter für den Prozessor

Wir haben bis jetzt viel über die Hardware des Rechners gehört. Unter Hardware versteht man all das, was man anfassen kan. Um einen Rechner sinnvoll zu betreiben, benötigt man aber auch Software. Software umfasst all das, was man nicht anfassen kann, aber für den Rechner lebenswichtig ist, wie die Luft zum Atmen.

Software besteht aus Daten und den Programmen zur Verarbeitung dieser Daten. Heute ist es leicht möglich, daß die Softwarekosten für einen Rechner die Hardwarekosten um ein Vielfaches übersteigen, denn in jedem Software-Paket steckt jahrelange Enwicklung von hochbezahlten Spezialisten.

Grundsätzlich unterscheidet man folgende Arten von Software (im folgenden auch Programme genannt):

Standardsoftware: Unter Standardsoftware versteht man all die Programme, die einen weiten Anwendungsbereich abdecken. Darunter fallen Programme zur Textverarbeitung, Datenbankanwendungssystem, Grafikund Malprogramme oder auch Tabellenkalkulationsprogramme.

Betriebssoftware: Unter Betriebssoftware (oder Betriebssystem) versteht man alle Programme, die zum Betrieb eines Rechners oder einer Großrechneranlage erforderlich sind. Darunter fallen die sogenannten Dienstprogramme, die z.B. zum Verwalten einer Festplatte erforderlich sind. Zur Betriebssoftware gehören aber auch die Übersetzungsprogramme, wie z.B. der Pascal-Compiler.

SpezialSoftware: Das ist alles, was noch übrig ist. Darunter fallen vor allem Einzellösungen, die nur für einen oder ganz wenige Einsätze verwendbar sind. Ein

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