Deutsch - Über Heraeus

Industrie
Strahlumformer macht
Diodenlaser brillanter
Preisgekröntes Kernmaterial für Hochleistungsfaserlaser entstand
in gemeinsamer Entwicklung zwischen IPHT und Heraeus – einzelne
Faser erzeugt erstmals fünf Kilowatt Laserleistung
Hochleistungsfaserlaser sind aus der Materialbearbeitung
und industriellen Fertigungstechnik nicht mehr wegzudenken.
Faserlaser werden zum Beispiel in der Automobilindustrie
zum Schneiden, Schweißen oder Bohren von
mehreren Millimeter dicken Metallblechen eingesetzt.
Weltweit wird intensiv daran geforscht, die eingesetzten
Lasersysteme zu verbessern und die Leistungsfähigkeit der
Laser zu steigern. Einer Forschergruppe am Institut für
Photonische Technologien (IPHT) in Jena ist gemeinsam
mit Heraeus ein Durchbruch in der Entwicklung eines
neuartigen Kernmaterials für Laserfasern gelungen. Damit
können erstmals Multikilowatt-Faserlaser gebaut werden,
die aus nur einer einzigen Glasfaser mehr als fünf Kilowatt
Laserleistung erzeugen.
„Bei der Herstellung von XLMA-Laserfasern stößt das konventionelle
Fertigungsverfahren, das Modified Chemical
Vapor-Deposition-Verfahren, kurz MCVD, schnell an seine
Grenzen, da die notwendigen großen aktiven Kerndurchmesser
nicht in ausreichend guter Qualität und Homogenität
realisierbar sind“, sagt Dr. Gerhard Schötz, General
Manager Specialty Fiber Optics bei Heraeus Quarzglas.
Neues Verfahren ermöglicht komplexe Faserdesigns
Üblicherweise werden Glasfasern aus einer Vorform gezogen,
die bereits alle Eigenschaften der späteren Faser besitzt.
„Die Evolutionsstufe gegenüber bisherigen Verfahren
beruht darauf, dass wir den laseraktiven Kern dieser Vor­
Dieser Erfolg basiert auf der engen Kooperation zwischen
Experten des IPHT und von Heraeus auf dem Gebiet der
synthetischen Quarzgläser. Die Faseroptikgruppe des
IPHT hat gemeinsam mit Heraeus Quarzglas im Rahmen
eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung
seit 2008 geförderten Projekts das so genannte
Reaktiv-Pulver-Sinterverfahren entwickelt. Mit diesem
neuen Verfahren ist es erstmalig möglich, sehr homogene,
laseraktiv dotierte Quarzgläser in größerem Maßstab
herzustellen. Die einzigartige Homogenität und Chargengröße
dieser Gläser erlauben neuartige Faserdesigns wie
Multikernfasern mit mehreren laseraktiven Kernen in einer
Faser oder Extra-Large-Mode-Area-Fasern (kurz XLMA) für
Lasersysteme, bei denen eine Faser mit einem sehr großen
Einzelkern zum Einsatz kommt. Hierbei wird die gesamte
Leistung von über fünf Kilowatt kostengünstig in einer
einzigen 1,2 Millimeter dicken Quarzglasfaser mit einem
laseraktiven Faserkern von 50 bis 100 Mikrometer Durchmesser
generiert. Bisher waren solche Hochleistungsfaser-
Lasersysteme nur durch eine sehr aufwändige, teure und
störanfällige Kopplung mehrerer Einzelfasern möglich.
Neue LaserfaserGeneration durch
PulverSinterverfahren
Ursprünglich fanden Faserlaser bzw. Faserverstärker im Bereich
der Telekommunikation zur Datenübertragung Verwendung, um
die in Glasfasern übermittelten Lichtsignale zu verstärken und
so die optische Datenübertragung über größere Distanzen zu
ermöglichen. Seit diesen Anfängen in den 1990er-Jahren
wurde die Leistungsfähigkeit von Faserlasern erheblich verbessert
und von niedrigen Ausgangsleistungen im Wattbereich bis
heute in den Multikilowattbereich gesteigert. Der Faserlaser
verdrängt im Automobil- und Schiffbau zunehmend etablierte
Lasersysteme wie CO 2 -Laser, Stablaser oder Direktdiodenlaser.
Ein technischer Vorteil des Faserlasers ist seine hohe Effizienz
in Kombination mit der brillanten Strahlqualität. Dies führt zu
höheren Leistungsdichten im Strahlfokus bzw. spart Energie,
wenn vergleichbare Leistungsdichten eingesetzt werden. Ein
weiterer Pluspunkt ist seine robuste Bauweise, die ihn unempfindlich
gegenüber äußeren mechanischen Störungen macht.
8 technology report Ausgabe 4 | 2013