Wissenswertes zu fasergekoppelter Lasern
posted am: 26 Mai 2021
Teilen
Fasergekoppelte Laser – auch kurz als Faserlaser bezeichnet – sind eine spezielle Form der Festkörperlaser. Das aktive Medium bildet hierbei der Kern einer Glasfaser, der dotiert wurde. Als die am meisten verwendeten Dotierungselemente fungieren dabei Erbium, Neodym sowie Ytterbium. Faserlaser weisen deshalb auch Eigenschaften eines Lichtwellenleiters auf und die Laserstrahlung erfährt aufgrund der großen Länge der laseraktiven Faser eine hohe Verstärkung. In der Regel werden Faserlaser optisch gepumpt: Dabei wird in den Faserkern selbst sowie parallel in dessen Mantel die Strahlung von Diodenlasern eingekoppelt. Daher kommen meist auch Doppelmantelfasern zum Einsatz, da somit höhere Leistungen ermöglicht werden.
Fasergekoppelte Laser sind vor allem aufgrund ihrer hohen Lebensdauer von über 20.000 Stunden, ihres wartungsfreien, kompakten und robusten Aufbaus sowie ihres elektrisch-optischen Wirkungsgrades von über 30 Prozent sehr beliebt.
Historisch betrachtet wurde bereits Elias Snitzer im Jahre 1961 auf die Vorteile der Strahlausbreitung in Glasfasern aufmerksam. Im Zuge seiner weiteren Forschungen beschrieb er erstmals im Jahre 1988 im Rahmen einer Arbeit die Eigenschaften mantelgepumpter Faserverstärker. In Fachkreisen gilt er deshalb als Gründer der Technologie der fasergekoppelten Laser. Rund zwei Jahre später waren daraufhin die ersten kommerziell verfügbaren Geräte im Umlauf, die allerdings nur im Watt-Bereich arbeiteten.
Moderne Faserlaser bestehen meist aus mehreren Pump-Laserdioden, einem Resonator und einer Einkoppeloptik. Die Faser selbst ist im Normalfall mehrschichtig aufgebaut: Ihr Hauptteil besteht in den meisten Fällen aus Quarzglas, das von einer dünnen Kunststoff-Schutzschicht umgeben ist. Der aktive Kern selbst besteht aus dotiertem Quarzglas und ist deutlich dünner (Faktor 25) ausgeführt. Der Resonator wiederum kann unterschiedlich ausgeführt sein. So besteht er beispielsweise aus zwei weiteren Spiegeln, die entweder aus Faser-Bragg-Gittern oder den beiden verspiegelten Faserendflächen bestehen können. Die Faser-Bragg-Gitter werden dabei mit einer ultravioletten Strahlung in den Wellenleiter – sprich in eine eingesetzte passive Glasfaser – eingeschrieben.
Aktuell liegen die maximalen Ausgangsleistungen von fasergekoppelten Lasersystemen bei rund 100 kW im Multimode und rund 10 kW im Singlemode.
In der Technik und Wissenschaft sind Faserlaser aufgrund ihrer hohen Effizienz, ausgezeichneten Strahlqualität und ihres robusten Aufbaus für eine Vielzahl an Anwendungen geeignet. So werden beispielsweise Ausführungen mit kleinen Leistungsklassen zur Datenübertragung in Glasfaserleitungen bzw. -netzwerken verwendet. Laser im Wattbereich können dagegen zum Beschriften von Bauteilen oder im medizinischen Bereich eingesetzt werden. Selbst zum Schneiden (Laserstrahlschneiden) sowie Schweißen können Faserlaser mit hoher Systemleistung dienen. So dienen beispielsweise Faserlaser mit circa 50 kW Systemausgangsleistung zum Verschweißen von dicken Metallplatten im Schiffsbau oder im militärischen Einsatzbereich. Beim Laserschneiden sind sie neben Gaslasern die am häufigsten eingesetzte Technologie. Das Laserschneiden wiederum kommt in einer Vielzahl unterschiedlicher Industriezweige zum Einsatz. Dort ist es vor allem aufgrund seiner hohen Schnittkantenqualität und Präzision ein beliebtes Schneidverfahren zum Bearbeiten von zwei- und dreidimensionalen Geometrien.
Weitere Informationen erhalten Sie bei Z-LASER GmbH.