Lasertechnik und optische Industrie

Die Lasertechnik zählt zu den Märkten mit überproportional starkem Wachstum. Treiber dieses Trends sind einerseits der Bedarf an präzisen und flexiblen Fertigungsverfahren bis hin zur Mikrometer- und Nanometergenauigkeit sowie andererseits marktspezifische Anforderungen zu höherer Individualisierung von Produkten. In den verschiedenen Anwendungsgebieten vom Automobilbau über die Medizin- und die Energietechnik bis hin zur Elektronik werden effiziente Fertigungsverfahren, leistungsstarke Strahlquellen und prozessadaptierte optische Systeme benötigt. Das Fraunhofer ILT zählt hier zu den ersten Adressen für die Entwicklung innovativer Laserstrahlquellen und hochwertiger optischer Komponenten und Systeme. Laser mit räumlich, zeitlich und spektral maßgeschneiderter Strahlung bei Ausgangsleistungen von Mikrowatt bis Gigawatt sind eine Kernkompetenz. Für Laserhersteller, Systemintegratoren oder Laseranwender werden passende Lösungen angeboten.

Das Fraunhofer ILT deckt das gesamte Spektrum der Laserstrahlquellen ab: Von Diodenlasern über Faserlaser bis hin zu Festkörperlasern. Insbesondere die Entwicklung von Ultrakurzpulslasern mit Leistungen bis in den Kilowattbereich ist eine nachgefragte Kompetenz, die auch in Zukunft zu neuartigen Fertigungslösungen führen wird.

Kernelement einer leistungsfähigen Laseranwendung sind häufig prozessangepasste Strahlführungs- und Strahlformungselemente. Hier entwickelt das Fraunhofer ILT applikationsangepasste Bearbeitungsoptiken mit flexibel einstellbarer Strahlform, Multistrahlsysteme für die parallelisierte Bearbeitung und schnelle Scannersysteme für die additive Fertigung und die Oberflächenstrukturierung.

Für neue Anwendungen, wie die photonische Freistrahl-Datenübertragung, terrestrisches und satellitengestütztes Monitoring von Klimagasen sowie für die Quantentechnologie bietet das Fraunhofer ILT maßgeschneiderte Lösungen wie beispielsweise schmalbandige Laserstrahlquellen, Single-Photon-Quellen oder XUV-Laser für Halbleitertechnik und Grundlagenforschung.

Diodenlaser für maßgeschneiderte optische Systeme

Schneiden von Edelstahl mit direktem Diodenlaser.
© Fraunhofer ILT, Aachen.

Schneiden von Edelstahl mit direktem Diodenlaser.

Fasergekoppelte Diodenlaser gehören zu den preisgünstigsten und effizientesten Strahlquellen für cw-Laserapplikationen und werden beispielsweise beim Härten, Löten und Schweißen von Metallen vielfältig eingesetzt. Am Fraunhofer ILT werden neuartige, kosteneffiziente Diodenlaserstrahlquellen zur Erschließung von Anwendungsfeldern mit hohen Anforderungen an die Strahldichte entwickelt. Direkte Diodenlaser mit einer optischen Ausgangsleistung im kW-Bereich stellen bei Schneidanwendungen eine kostengünstige Alternative zu Faserlasern dar. Das stabilisierte Emissionsspektrum und die hohe Strahlqualität des Diodenlasers können ebenso vorteilhaft in anspruchsvollen Pumpanwendungen zum Beispiel für Multi-kW-Faserlaser oder Ultrakurzpulslaser eingesetzt werden. Für die MERLIN-Klimamission entwickelt das Fraunhofer ILT beispielsweise maßgeschneiderte, weltraumtaugliche Diodenlaser, die als gepulste Pumpmodule genutzt werden. Neben der gezielten Strahlformung stehen auch die Weiterentwicklung von Faserkopplung und Wellenlängenstabilisierung von Diodenlasern im Fokus von Forschung und Entwicklung.

UKP-Strahlquellen für die hochpräzise Materialbearbeitung

Abtragprozess mit 16 Teilstrahlen.
© Fraunhofer ILT, Aachen.

Abtragprozess mit 16 Teilstrahlen.

Aufgrund der sehr kurzen Licht-Materie-Wechselwirkungszeiten ermöglichen Laser mit ultrakurzen Pulsen (UKP-Laser) eine hochpräzise Materialbearbeitung bei vernachlässigbarem Wärmeeintrag ins Werkstück. Gleichzeitig erlaubt die große Intensität der Strahlung einen nahezu materialunabhängigen Abtrag. Industrielle Ultrakurzpulslaser sind aktuell hauptsächlich auf den Wellenlängenbereich um 1 μm und darunter beschränkt. Mit Hilfe optisch-parametrischer Frequenzkonversion kann die adressierbare Wellenlänge auf den IRB-Bereich (1,5 bis 3,0 μm) erweitert werden. Am Fraunhofer ILT werden UKP-Strahlquellen entwickelt, mit denen die Materialbearbeitung mit anwendungsspezifisch optimierter Wellenlänge ermöglicht wird.

Als Forschungsziel im neuen Cluster of Excellence »Advanced Photon Sources«, in dem mehrere Fraunhofer-Institute an der Entwicklung zukünftiger Laserquellen zusammenarbeiten, wird die Strahlformung für Laser mit Leistungen größer als 5 kW und mit Pulslängen von 100 bis 1000 Femtosekunden anvisiert. Entscheidend ist hier die Zusammenführung von Lasermaterialbearbeitung, Verfahren zur optischen Programmierung von Materialien, miniaturisierte Röntgenlaser und die XUV-Bildgebung.

Projektergebnisse 2017 (Auswahl)

Projektergebnisse 2016 (Auswahl)

Hier finden Sie eine Auswahl laufender Verbundprojekte

»ADIR«

Next generation urban mining - Automated disassembly, separation and recovery of valuable materials from electronic equipment

»ALISE«

Diode-pumped Alexandrite Laser Instrument for Next Generation Satellite-based Earth Observation

»MERLIN«

Methane Remote Sensing LIDAR Mission

»ultraSURFACE«

Ultra Dynamic Optical Systems for High Throughput Laser Surface Processing

Ansprechpartner für Projektanfragen

Dipl.-Ing. Hans-Dieter Hoffmann

»Laser und Laseroptik« 

 

Telefon +49 241 8906-206
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Dr.-Ing. Arnold Gillner

»Abtragen und Fügen« 

 

Telefon +49 241 8906-148
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Prof. Dr.-Ing. Johannes Henrich Schleifenbaum

»Generative Verfahren und funktionale Schichten« 

 

Telefon +49 241 8906-398
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Prof. Dr. rer. nat. Reinhard Noll

»Messtechnik und EUV-Strahlquellen« 

 

Telefon +49 241 8906-138
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