Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) sind kohärente, meist nahezu monochromatische Strahlungsquellen mit hoher räumlicher und zeitlicher Intensitätsdichte. In der Werkstofftechnik werden sie sowohl zur Bearbeitung (z.B. Schneiden, Schweißen, Strukturieren) als auch zur Charakterisierung (z.B. Raman-Spektroskopie, Laser-Ultraschall) eingesetzt.

Die wesentlichen Laserparameter sind Wellenlänge, mittlere und Spitzenleistung, Pulsdauer, Pulsenergie, Repetitionsrate, Strahlqualität (M²) und Fokussierbarkeit. Diese bestimmen Energiedichte, Leistungsdichte und zeitliche Leistungsprofile und damit die Kopplung des Strahls in das Material (Absorption, Reflexion, Eindringtiefe) sowie die Art der Wechselwirkung (rein thermisch, thermomechanisch, photoinduzierte oder nichtlineare Prozesse).

Für die Laserbearbeitung werden kontinuierliche Laser (cw) und gepulste Laser mit Pulsdauern von Nanosekunden bis in den Femtosekundenbereich eingesetzt. Nanosekundenlaser führen typischerweise zu schmelzdominierten Prozessen mit ausgeprägter Wärmeeinflusszone. Pikosekunden- und insbesondere Femtosekundenlaser (Ultrakurzpulslaser, ultraschnelle Laser) ermöglichen aufgrund extrem hoher Spitzenleistungen und minimaler Wärmediffusion nahezu „kalte“ Materialabtragung mit hoher Präzision und geringer Randzonenschädigung.

Die gezielte Einstellung der Laserprozessparameter (Pulsdauer, Fluenz, Spotgröße, Überlappung, Scangeschwindigkeit, Atmosphäre) erlaubt die Kontrolle von Schmelzbadhydrodynamik, Rissbildung, Gefügeumwandlungen und Eigenspannungszuständen. In der Oberflächenfunktionalisierung werden Laser zur Erzeugung hierarchischer Mikro-/Nanostrukturen und zur maßgeschneiderten Änderung von Rauheit, Benetzbarkeit oder optischen Eigenschaften genutzt.