Faserlaser

Themenbrochüre Faserlaser

Themenbrochüre Faserlaser

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT entwickelt angepasste, faserbasierte Strahlquellen für den  Puls- oder Dauerstrichbetrieb und bietet ein umfangreiches Know-how in den Bereichen hochstabile Faserlaser, Hochleistungsfaserlaser, Simulation, Aufbau- und Verbindungstechnik sowie Laserkomponenten. Dabei liegt der Fokus vor allem auf Lösungen für den industriellen Einsatz.

Faserlaser kombinieren höchste Strahlqualität und Effizienz sowohl im kontinuierlichen als auch im gepulsten Betrieb. Auf-grund der Möglichkeit eines monolithischen und dadurch sehr robusten Aufbaus ohne Freistrahlkomponenten, haben sich Faserlaser, neben den Gas- und Festkörperlasern, in industriellen Anwendungen etabliert und diese teilweise bereits ersetzt. Faserlaser können, aufgrund der hohen Flexibilität der Aus-gangsparameter wie Leistung, Wellenlänge oder Pulsform, für ein breites Spektrum von Anwendungen eingesetzt werden. In der Materialbearbeitung lassen sie sich z. B. zum Abtragen und Schweißen, in der Messtechnik z. B. für Interferometrie und auch für medizintechnische Applikationen nutzen.

Hochleistungsfaserlaser für industrielle Anwendungen

In verschiedenen FuE-Projekten entstehen am Fraunhofer ILT Laserkonzepte mit Ausgangsleistungen im kW-Bereich. Durch den Einsatz von Faser-Bragg-Gittern und Pumplichtkopplern werden vollständig faserintegrierte und somit besonders robuste Faserlaser als Resonatoren oder Verstärker entwickelt. Das Ausgangssignal kann je nach Bedarf unpolarisiert oder linear polarisiert sein.

Für verschiedenste Anwendungen entwerfen und konzeptio-nieren wir in Zusammenarbeit mit unseren Kunden angepasste Strahlquellen, wie beispielsweise:

  • linear polarisierte Grundmode-Faserlaser mit Ausgangsleistungen über 1 kW
  • Grundmode-Faserlaser mit Pulsdauern im Piko- bis Mikrosekundenbereich und Spitzenleistung von 100 kW
  • gütegeschaltete, kurzgepulste Multimode-Faserlaser mit Spitzenleistungen über 250 kW

Anwendungsgebiete sind beispielsweise die industrielle Strukturierung von Oberflächen mit gepulster Strahlung, die Klebeflächenvorbereitung von Kompositbauteilen oder auch Schneiden und Schweißen.

Hochstabile Faserverstärker für schmalbandige Signale

Gemeinsam mit der europäischen Weltraumorganisation ESA entwickelt das Fraunhofer ILT schmalbandige und leistungsstabile Grundmode-Faserverstärker für den zukünftigen Einsatz in Weltraumanwendungen wie z. B. linear-polarisierte Faserver-stärker mit bis zu 5 W Ausgangsleistung und unter 10 kHz Linienbreite. Die Faserverstärker sollen bei der Messung des statischen Gravitationsfelds oder von Gravitationswellen und in der Inter-Satelliten-Kommunikation Anwendung finden.

Um die Tauglichkeit für den Weltraum zu untersuchen, werden die Laser in einer Testkampagne unterschiedlichen Belastungen wie z. B. Schock, Vibration, Vakuum oder  kosmischer Bestrahlung ausgesetzt. 

Simulation von optischen Komponenten und Faserlasern

Für die Entwicklung und Auslegung von neuen Strahlquellen stehen am Fraunhofer ILT verschiedene Softwaretools zur Verfügung, mit denen sowohl die thermo-mechanischen Eigenschaften mittels Finite-Elemente-Methoden (FEM) sowie die spektralen und zeitlichen Eigenschaften von unterschiedlich dotierten Faserlasern modelliert werden. Weiterhin lassen sich modale Eigenschaften bei der Propagation in beliebigen Fasergeometrien sowie die Modenkopplung z. B. in Faser-Bragg-Gittern simulieren.

Faserlaserkomponenten, Aufbau- und Verbindungstechnik

Der Aufbau der Faserlaser stellt höchste Anforderungen an die Qualität der Komponenten. Aus diesem Grund werden am Fraunhofer ILT faserintegrierte und fasergekoppelte Komponenten in umfangreichen Tests für den jeweiligen Einsatzzweck qualifiziert. In vielen Fällen stehen, aufgrund der besonderen Anforderungen, hierfür keine kommerzielle Kom-ponenten zur Verfügung und werden daher am Fraunhofer ILT bedarfsgerecht entwickelt.

Beispiele für angepasste Faserlaserkomponenten

  • Faser-Bragg-Gitter für Multimode-Fasern
  • Isolatoren und Pockelszellen für den Weltraumeinsatz, die frei von organischen Materialien sind
  • Gelötete Pockelszellen für den Einsatz in Hochleistungsfaserlasern
  • Isolatoren für den Einsatz in Hochleistungsfaserlasern mit Leistungen bis in den kW Bereich
  • Pump- und Signallichtkoppler für angepasste Fasergeometrien
  • Spleißverbindungen von speziellen Geometrien für den Einsatz in Hochleistungsfaserlasern