Neue Komponenten Der Zwei-Mikrometer-Laser wird jetzt kräftiger

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Die Experten vom Laser-Zentrum Hannover (LZH) sagen, dass Laser mit einer Wellenlänge von zwei Mikrometern etwa in Medizintechnik und Kunststofftechnik punkten. Jetzt gibt`s einen Durchbruch ...

Mit dem Element Thulium dotierte Faserlaser arbeiten bei einer Wellenlänge von rund zwei Mikrometern und eignen sich damit besonders gut für Anwendungen, bei denen herkömmliche Laser an ihre Grenzen stoßen, erklären die Experten vom LZH. Bis jetzt fehlte es aber an kommerziell verfügbaren Laserquellen, die gleichzeitig eine hohe Strahlqualität, eine ausreichende Laserleistung und auch noch zuverlässig im sogenannten „Quasi Continuous Wave“-Betrieb bei Leistungen um ein Kilowatt arbeiten, wie es weiter heißt. Das Eurostars-Projekt Decomp will das erreichen. Wissenschaftler des LZH entwickeln demnach neuartige faseroptische Komponenten auf Basis von sogenannten „Triple Clad“-Fasern, mit denen man eine zuverlässige und wartungsarme Laserarchitektur aufbauen kann. Für die Umsetzung des finalen Lasersystems arbeitete das LZH mit Futonics Laser sowie mit den südkoreanischen Partnern Coset Inc. und dem Korean Photonics Technology Institute zusammen. Das LZH-Team nutzte dazu, wie betont wird, eine innovative, selbst entwickelte und patentierte Bearbeitungstechnik, die auf dem CO₂-Laserprinzip basiert.

Hohe Kopplungseffizienz bei nur 475 Watt Eingangsleistung

Damit entfernten die Forscher kleine Bereiche des äußersten Glasmantels der TC-Fasern ganz gezielt und schufen so eine seitlichen Zugang zur Pumpummantelung. Diese Technik ermögliche es, die Fasern der Pumpdioden seitlich an den Pumplichtmantel, also den inneren Glasmantel, zu schmelzen. Das führt dazu, dass die benötigte Pumpenergie für den Laserprozess bereitstehen kann, heißt es. Zusätzlich entwickelte man in Hannover noch sogenannte Mantelmodenabstreifer, die durch CO₂-Laserstrukturierung der TC-Faser nicht absorbiertes Pumplicht effizient aus dem Fasersystem entfernen. Die entwickelten Signal-Pump-Koppler erreichten dann eine durchschnittliche Kopplungseffizienz von 90,1 Prozent (±2,5 Prozent) – und zwar bei Eingangsleistungen von maximal 475 Watt. Die zur Verfügung stehende Pumpleistung limitierte den Prozess allerdings. Damit erreichte man dennoch eine Effizienz, die dem Stand der Technik von Kopplern mit üblichen Fasern entspricht. Für TC-Fasern sei das ein beeindruckendes Novum. Und die relativ geringen optischen Verluste deuten demnach darauf hin, dass die Komponente auch bei deutlich höheren Leistungen betrieben werden kann.

Das „Triple Clad“-Faser-Design wird für diverse Laseraufbauten nutzbar

Damit sei es etwa möglich, die angestrebte 1-Kilowatt-Leistungsklasse bei Lasern zu erreichen. Bei den Mantelmodenabstreifern erzielten die Wissenschaftler aus Hannover schließlich eine Auskopplungseffizienz von über 20 Dezibel, bei einer abgeleiteten optischen Leistung 250 Watt. Diese Komponenten machen folglich das „Triple Clad“-Faser-Design für verschiedene Laser- und Verstärkeraufbauten nutzbar. Sie ermöglichen eine höhere Faserintegration sowie die weitere Leistungsskalierung in Systemen mit anspruchsvollen Strahlqualitätsanforderungen, wie die LZH-Experten anmerken. Das Projekt „Entwicklung hochleistungsfähiger QCW 2µm Faserlaser für medizinische und agrarwirtschaftliche Anwendungen“ (Decomp) wurde im Übrigen im Rahmen des Eurostars-Programms unter den Förderkennzeichen E!234 und 01QE2206B unterstützt.

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