Scheiben-Verstärker mit 1,5 kW des Fraunhofer ILT. Auch so sollen UKP-Laser produktiver werden. -

Scheiben-Verstärker mit 1,5 kW des Fraunhofer ILT. Auch so sollen UKP-Laser produktiver werden. - Bild: Fraunhofer ILT

Ultrakurzpuls-Laser sollen effektiver werden. Das Fraunhofer ILT in Aachen geht dafür verschiedene Wege: Stärkere Systeme und maßgeschneiderte Lösungen für UKP-Laser.

Wie das ILT mitteilt, werden einerseits werden im UKP-bereich stärkere Systeme mit Rekordleistungen im kW-Bereich gebaut. Andererseits arbeiten die Forscher an maßgeschneiderten Lösungen für die verschiedenen Anwendungen. Auf der Messe Laser präsentieren sie unter anderem ein Modul zur Pulsverkürzung und ein Testsystem für einstellbare Infrarot-Laser mit hoher Leistung, die jeweils neue Wege zur Effizienzsteigerung in der Materialbearbeitung aufzeigen.

Am Fraunhofer ILT wurde jetzt ein optisches Zusatzmodul entwickelt, das bei leistungsstarken UKP-Lasern die Pulsdauer um einen Faktor vier verkürzt. Das kompakte Modul eignet sich laut Mitteilung für Laser mit bis zu 1 kW mittlerer Leistung und Energien von 10 bis 200 μJ. Ein 1 ps-Puls lässt sich so auf etwa 250 fs komprimieren, wobei weniger als zehn Prozent der Energie verloren gehen und die Strahlqualität erhalten bleibt.

Die zum Patent angemeldete Technologie des Pulsverkürzungs-Moduls wurde im Rahmen des Projekts Fokus vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF gefördert. Bei der weiteren Entwicklung des Moduls sollen deutlich höhere Pulsenergien erreicht werden.

Das Pulsverkürzungs-Modul kann mit einem neu am Fraunhofer ILT entwickelten Femtosekundenlaser in der Leistungsklasse von 150 W kombiniert werden. Mit seinem besonders einfachen Konzept ist er auf Robustheit und Wirtschaftlichkeit getrimmt. Er ist in seiner Leistungsklasse sogar dem deutlich leistungsstärkeren INNOSLAB-Laser überlegen. Beide Konzepte zeichnen sich durch ihre annähernd beugungsbegrenzte Strahlqualität aus.

Mit einer Kombination aus INNOSLAB- und Scheibenverstärker wurde am Fraunhofer ILT ein neuer Rekord für UKP-Laser erreicht: Das System liefert 1,5 kW mittlere Leistung bei einer Pulsdauer von 710 fs. Die weitere Optimierung speziell des Scheiben-Verstärkersystems soll Leistungen jenseits der 2 kW Grenze ermöglichen. Unterstützt wurde die Entwicklung vom BMBF im Rahmen des Projekts FOKUS sowie der TRUMPF-Gruppe.

Industrielle Lasersysteme dieser Leistungsklasse eignen sich besonders gut für die Bearbeitung großer Teile, beispielsweise aus CFK.

Ein Beispiel für die Entwicklung maßgeschneiderter Lösungen für die UKP-Technik sind neue Strahlquellen für den Infrarot-Bereich bei Wellenlängen von 1,5 bis 3,5 μm (IR-B). Viele technisch und wirtschaftlich interessante Materialklassen weisen dort eine hohe Absorption auf, was eine Reihe innovativer Anwendungen ermöglicht. Bislang besteht allerdings ein Mangel an hinreichend leistungsstarken Lasern in diesem Bereich.

Wissenschaftler des Fraunhofer ILT haben jetzt ein Testsystem entwickelt, das zwischen 1,6 und 3,0 μm eine Laserleistung bis über 20 W liefert. Die Pulsdauer kann dabei zwischen 900 fs und 1,5 ns liegen. An einer Leistungsskalierung auf mehr als 50 W wird derzeit gearbeitet. Das Testsystem kann an verschiedene Treiberlaser angepasst werden und so eine große Bandbreite an Applikationsparametern bereitstellen.

Das neue System ermöglicht sowohl Machbarkeitsuntersuchungen als auch die Bereitstellung von prozessoptimierten Strahlparametern für die Produktion.

Fraunhofer ILT / Stefan Weinzierl