Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Neue Laserstrahlquellen dienen nicht nur der Optimierung der Laserfertigungsverfahren durch höhere Präzision, Flexibilität oder Leistung. Sie eröffnen auch komplett neue Anwendungen wie das Laserpolieren. Das Fraunhofer ILT entwickelt sowohl neue Strahlquellen und Frequenzkonverter als auch optische Komponenten zur Strahlführung und -formung.

Festkörper- und Faserlaser: Leistung und Effizienz

In der industriellen Anwendung haben sich Festkörper- und Faserlaser im kontinuierlichen oder gepulsten Betrieb etabliert. In der Medizin, Produktions- und Messtechnik sowie der Forschung erschließen sie neue Einsatzfelder. Wir optimieren Festkörper- und Faserlaser von der einzelnen Komponente über Oszillatoren und Verstärker bis hin zu kundenspezifischen Systemen.

Frequenzkonversion: Erweiterung des Spektrums

Durch die optimale Kombination von Laser und Frequenzkonverter realisieren wir maßgeschneiderte Strahlquellen. Unsere Kunden profitieren von prozessangepassten, effizienten und kostenoptimierten Systemen für ein erweitertes Anwendungsspektrum.

Optikdesign: Leistung auf den Punkt gebracht.

Ob für einfache Linsen, komplexe optische Systeme oder multifunktionale Freistrahloptiken - uns stehen eine Vielzahl von Designmethoden zur Strahlführung und -formung zur Verfügung. Patentierte Lösungen zur Strahltransformation und Homogenisierung ermöglichen die effiziente Nutzung von Laserstrahlung.

Präzisionsmontage: Gute Verbindungen sind das A und O

Dass Dioden- und Festkörperlaser ihren Dienst in der Raumfahrt, der Materialbearbeitung oder auch der Medizintechnik zuverlässig erledigen, liegt wesentlich an ihrem soliden Aufbau. Wir realisieren wirtschaftliche, individuelle Lösungen zum Kleben und Löten von Laserkomponenten. Innovative Verfahren ermöglichen es uns, optische Komponenten wie Linsen oder Kristalle präzise, stabil und kostengünstig zu montieren.

Diodenlaser: Starke Strahlquellen in kompakter Hülle

Diodenlaser zeichnen sich durch ihre Kompaktheit und ihre günstige Kostenstruktur aus. Wir konzentrieren uns auf die Automatisierung der Montagetechnik, die Steigerung von Leistung und Strahlqualität sowie auf die Optimierung der Strahlführung und -formung.

Ultrakurzpulslaser: Impulse für Wissenschaft und Industrie

Die Erzeugung, Charakterisierung und Anwendung von Ultrakurzpulslasern mit Pulsdauern im Bereich von Piko- und Femtosekunden ist bei uns seit mehr als fünfzehn Jahren Forschungsgegenstand. Im Hochleistungsbereich haben wir bereits mehrere Weltrekorde für Femtosekundenlaser erzielt. Wir unterstützen unsere Kunden bei Auslegung, Simulation und Prototypenbau der Strahlquelle bis hin zur Anwendungsadaption.

Ob im Flugzeugbau, der Elektronik oder der Medizintechnik: Materialbearbeitung mit dem Laser macht sich in vielen Branchen bezahlt. Unser Ziel ist es, dieses Potenzial gemeinsam mit Kunden und Partnern immer weiter auszuschöpfen.

Laserauftragschweißen: Instandsetzen statt austauschen

Schon kleinste Beschädigungen an hochwertigen Maschinenteilen können einen kompletten, kostenintensiven Austausch verursachen. In Bereichen wie dem Turbomaschinenbau lohnt daher eine Instandsetzung per Laserauftragschweißen: Durch hochpräzisen Werkstoffauftrag mithilfe des Lasers lassen sich verschlissene Stellen konturgenau beschichten und reparieren.

Schneiden und Schweißen: Mehrwert schaffen

Moderne Fertigungssysteme müssen Produktivität und Flexibilität gewährleisten - und dies möglichst kosteneffizient. Schneiden und Schweißen mit Lasertechnik sind bewährte Verfahren. Unser Kombikopf bietet die Möglichkeit, beide Prozesse ohne Werkzeugwechsel und in beliebiger Reihenfolge auszuführen. Für unsere Kunden bedeutet dies eine bislang nicht erreichte Wirtschaftlichkeit, Flexibilität und Qualität.

Individuelle Maschinentechnik und Laserprozesse

Die Entwicklung und Qualifizierung von hochproduktiven Laserverfahren wird begleitet und unterstützt von systemtechnischen Arbeiten zur Prozessüberwachung und Prozessregelung. Mit kundenspezifischen Prototypanlagen und Fertigungslösungen ermöglichen wir unseren Kunden den schnellen Einstieg in die Lasertechnik.

Mikrobearbeitung: schneller, feiner und präziser fertigen

Hohe Selektivität der Bearbeitung und minimalste Bauteilbeeinflussung zeichnen Laserverfahren in der Mikro- und Nanotechnik aus. Der Laser ist das ideale Werkzeug für Elektrotechnik und Photovoltaik. Das Hochrate-Bohren für moderne Zellkonzepte oder die effiziente Laserbearbeitung in der Batterietechnik sind nur einige Praxisbeispiele, die wir stetig weiter entwickeln.

Polieren: Laserverfahren für komplexe Geometrien

Ein automatisiertes Polierverfahren per Laserstrahl von Metall, Quarzglas oder Kunststoffen ist ein weiterer Meilenstein unserer Entwicklungen. Für komplexe Geometrien wie z.B. Werkzeuge, Implantate oder Freiformoptiken kann dieses Verfahren gegenüber der konventionellen, meist manuellen Politur die Produktivität deutlich erhöhen.

Neue Therapieformen, individuelle Frühdiagnostik und verbesserte Heilungschancen: Gemeinsam mit Partnern aus der Praxis forschen wir beständig an neuen Erkenntnissen im Bereich der Medizintechnik, der Biotechnologie und der angewandten Medizin.

Individuelle Implantate aus dem 3D-Drucker

Maßgeschneiderte Implantate auf Knopfdruck: Das von uns entwickelte generative Fertigungsverfahren Laser Powder Bed Fusion ermöglicht auf Basis medizinischer Bilddaten die Herstellung patientenindividueller Implantate. Gelenk-, Knochen- oder Zahnersatz sowie temporäre Stützimplantate können so aus biokompatiblen Werkstoffen nach dem Vorbild der Natur generiert werden.

Mit Licht durchs Nadelöhr: Mikrochirurgische Systeme

Die minimal-invasive Therapie ist der Schlüssel zu patientenschonenden therapeutischen Ansätzen. Für Chirurgie, Wundbehandlung und Gewebetherapie entwickeln wir gemeinsam mit klinischen Partnern medizinische Lasersysteme mit angepassten Wellenlängen, miniaturisierte Instrumente und neue laserbasierte Therapieansätze für die Krankenversorgung von morgen.

Komponenten der Medizin- und Biotechnik mit Präzision

Nano- und Pikoliter-Analytik, minimal-invasive Chirurgie und Point-of-Care-Diagnostik erfordern präzise Instrumente, neue optische Analysetechniken und kostengünstige Einweg-Mikrofluidikbauteile. Wir entwickeln hierzu innovative Produktionsverfahren zum Fügen, Strukturieren und Funktionalisieren mit geringster Werkstoffbeeinflussung und Genauigkeit bis in den Nanometerbereich.

Bioanalytik und klinische Diagnostik: Exakte Ergebnisse

Bindungsvorgänge zwischen Molekülen in kleinsten Probenvolumina detektieren, Proteinkristallisationsvorgänge verfolgen, Krankheitserreger in Mikrofluidikchips erkennen - diese Aufgaben erledigen Lasermessverfahren schnell und sensitiv. Molekülspezifische Informationen können mit laserspektroskopischen Methoden im Hochdurchsatz gewonnen werden. Mit Hilfe von Antikörpern können Giftstoffe in Lebensmitteln oder Sepsis-Erreger zielgerichtet markiert und empfindlich detektiert werden.

Biofunktionalisierung für Zellanalytik und Organersatz

Zellbasierte Analysesysteme sind die Basis für künftige funktionale medizinische Diagnostik und maßgeschneiderte Medikamente. Biofunktionale Oberflächen sind für die Entwicklung künstlicher Organe auf der Basis patienteneigener Zellen relevant. Mit der Nanostrukturierung, der photochemischen Oberflächenmodifikation und der mikroskaligen Topographieänderung stellen wir leistungsfähige Technologien bereit, mit denen zellspezifische funktionale Oberflächen und Bauteile generiert werden können.

Messtechnische Aufgabenstellungen aus Industrie, Bioanalytik, Medizin und Umwelttechnik: Unsere Materialanalysen per Laserstrahl eröffnen neue Dimensionen für die Inline-Prozesskontrolle und die Qualitätssicherung.

Produktionsqualität: Kontrolle per Laser ist schneller

Materialfehler bei Metallwerkstoffen führen zu Defekten am Bauteil. Die Inline-Messung physikalischer und chemischer Größen erlaubt eine erheblich effizientere Prozessführung. Innerhalb kürzester Zeit identifiziert der Laser einen Werkstoff oder erstellt eine präzise Landkarte der chemischen Struktur des Materials und erkennt beispielsweise oxidische Einschlüsse. Das sorgt für mehr Transparenz, kürzere Prüfzeiten, schnelle Rückkopplung auf den Prozess und gleichbleibend hohe Produktqualität.

Recycling per Laser: Genaue Analyse von Werkstoffen

Das Recycling von Metallschrotten hat neben dem Umweltaspekt auch wirtschaftliche Vorteile - denn die Ressourcen schwinden und die Preise steigen. Je genauer die chemische Charakterisierung, desto höher ist der Wiederverwertungswert. Die Laser-Emissionsspektrometrie dient hier als zuverlässiges Messverfahren: Ein kurzer Laserimpuls erzeugt auf der Oberfläche des Metalls ein Plasma, dessen Licht Informationen über die Konzentrationen der einzelnen Elemente enthält. Auch Rohstoffe lassen sich mit diesem Verfahren zuverlässig charakterisieren und sortieren. Schichtdickenmessung: Auch im laufenden Betrieb Dünn aufgetragene Zinkschichten schützen Stahlbleche vor Korrosion. Laserstrahlen können Schichten durchdringen und dabei inline am bewegten Band deren Dicke mit hoher Genauigkeit messen. Auch leichte Elemente wie beispielsweise Bor, Kohlenstoff oder auch Magnesium sind in dünnsten Schichten per Laserstrahl messbar. Die automatisierte Auswertung klassifiziert und bewertet das Material genau und verkürzt Reaktionszeiten für die Prozessführung.

Plasmatechnologie: EUV-Strahlung für höchste Präzision

Gepulste, dichte und heiße Plasmen als Strahlungsquelle für extrem kurzwelliges Licht gehören neben der Lasertechnik zu den Kernkompetenzen des Fraunhofer ILT. In einer gepulsten Entladung wird mit einem hohen elektrischen Strom Materie auf Temperaturen von mehreren hunderttausend Grad aufgeheizt, was zur Emission kurzwelliger Strahlung führt. Einsatzgebiete dieser Strahlungsquellen sind die EUV-Lithografie zur Produktion von Halbleitern der übernächsten Generation oder die Röntgenmikroskopie.

Das Technologiefeld Digitalisierung ist eng mit den Aktivitäten der Technologiefelder Laser- und Optikentwicklung, Lasermaterialbearbeitung, Medizin und Biophotonik und Lasermesstechnik verknüpft. Es vereint Kompetenzen der digitalen Produktion rund um Lasertechnologien – von Design-to-Production, Digitaler Zwilling, Smart Simulation und Fog- und Edge-Computing.

Die Erfahrungen und Kompetenzen im Bereich der Laserentwicklung, Laserverfahrens- und Laserprozesstechnik, vereint mit den digitalen Kompetenzen der Modellierung, Simulation, Datenverarbeitung, -speicherung und -integration, ermöglichen nicht nur kundenspezifische und technologische Lösungen, sondern ebenso digitale Abbildung eben dieser. Demnach zeichnet sich das Technologiefeld durch eine ganzheitliche Betrachtung von Prozessen und Verfahren aus – von der Modellierung bis zur Datenintegration.

Das Leistungsangebot des Technologiefeldes Digitalisierung umfasst die sichere und transparente Dokumentation von Arbeitsabläufen, versionierte Dokumentationen, kommerzielle und auf spezifische Systemlösungen angepasste Modellierungsmodelle und auf Realbedingungen basierende Simulationsmodelle. Auf diese Weise lässt sich der technologische Prozess als digitales Abbild von Beginn an spiegeln – vom Prozessdesign bis schließlich zur Produktion.

Gemeinsam mit deutschen und internationalen Spitzenforschern entwickeln die Wissenschaftler des Fraunhofer ILT ein breites Portfolio von Lösungen für neue Quantentechnologien. Dazu zählen parametrische Photonenquellen und Frequenzkonverter, integrierte optische Komponenten, Packagingverfahren und anwendungsspezifische Systemtechniken.

Insbesondere Strahlquellen mit maßgeschneiderten Eigenschaften und präzise Aufbautechnologien für optische Komponenten und Systeme sind für den Bereich der Quantentechnologien von großem Interesse. Zudem stehen die Kompaktheit und ein hoher Integrationsgrad der Systeme im Fokus der Entwicklungen. Das Fraunhofer ILT verfügt hier über viel Erfahrung und robuste Technologieplattformen, unter anderem aus der Entwicklung satellitenbasierter Laser und Komponenten für die Klimaforschung.

Die Aachener Forscher optimieren beispielsweise  Einzelphotonen-Quellen (SPDC-Quellen) mit sehr hohen  Signal-zu-Rausch-Verhältnissen und realisieren Wellenleiter, Koppler und Filter in Gläsern und Kristallen für das Quantenimaging und die Fingerprint-Spektroskopie. Einen weiteren Forschungsschwerpunkt bilden Quanten-Frequenzkonverter (Quantum Frequency Converter, QFC) für die Anbindung von Qubits an Glasfasernetze, womit sich Quantencomputer zukünftig in Netzwerken verbinden lassen. Im Hinblick auf eine fortschreitende Miniaturisierung werden die Komponenten und Systeme dabei kompakt und robust designt.