Mobile-Menu

Gut kombiniert! Weltrekord für neue Thuliumfaserlaser

Quelle: Fraunhofer-IOF 2 min Lesedauer

Anbieter zum Thema

Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF
Klinkhammer Intralogistics GmbH
Renishaw GmbH
AFC Europe Ltd Bochum Technisches Zentrum

Am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF hat man leistungsstarke Thuliumfaserlaser entwickelt, die doppelt so stark sind, wie die bisherige Generation ...

So sieht der Aufbau eines neuen Thuliumfaserlasers am Fraunhofer-IOF in Jena aus. Weil es die Forscher dort geschafft haben, die Leistung eines solchen Lasers zu verdoppeln, halten sie nun den Weltrekord ...(Bild: Fraunhofer-IOF)
So sieht der Aufbau eines neuen Thuliumfaserlasers am Fraunhofer-IOF in Jena aus. Weil es die Forscher dort geschafft haben, die Leistung eines solchen Lasers zu verdoppeln, halten sie nun den Weltrekord ...
(Bild: Fraunhofer-IOF)

Hochleistungsfaserlaser sind bekanntlich vielseitig einsetzbare Werkzeuge für zahlreiche Anwendungen. Man denke etwa an die Materialbearbeitung oder – ganz was anderes – an die Langstreckenkommunikation über Freistrahlstrecken. Besonders über extreme Distanzen – etwa von der Erde zu Satelliten – spiele die Wahl des richtigen Spektralbereichs eine entscheidende Rolle. Der Bereich oberhalb von 2030 Nanometern gilt als besonders gut dafür geeignet, weil die Atmosphäre dann wenig Verluste verursacht und gleichzeitig weniger Gefahr von Reflexen ausgeht. Die IOF-Forscher konnten nun ein System aus drei Hochleistungs-Thuliumfaserlasern entwickeln, die Licht im Spektralbereich von 2030 bis 2050 Nanometern emittieren. Die Ausgangsleistung liegt bei 1,91 Kilowatt, heißt es – beinahe doppelt so viel wie übliche Systeme. Anwendungen böten sich im Medizinbereich, bei der Kunststoffverarbeitung und eben der Datenübertragung an.

Mit neuer Kühlung, Einzelquellen und kaltem Spleißen

Die Crux ist dabei das Prinzip der sogenannten spektralen Strahlkombination (Spectral Beam Combining = SBC). Dabei werden Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen unter angepassten Winkeln auf spezielle optische Reflexionsgitter gestrahlt, so die Erklärung. Durch Beugung werden die Laserstrahlen zu einem einzigen Strahl kombiniert. Daraus resultiert eine Leistungssteigerung des Faserlasersystems. Gleichzeitig erhält man die Strahlqualität und dadurch die gute Fokussierbarkeit des Laserstrahls bei. Doch bisherige Systeme stoßen bei hohen Leistungen auf physikalische Grenzen, die vor allem durch Überhitzung aufgrund niedriger Kombinations- und Lasereffizienzen aufgebaut werden. Das IOF-Team hat aber diese Herausforderungen mit neuen, effizienteren Einzelquellen und verbesserten Kühlsystemen gelöst, wie man erfährt. So ermögliche eine spezielle Verbindungstechnik für Fasern, das sogenannte kalte Spleißen, eine verlustarme Faser-zu-Faser-Überkopplung und eine effektivere Temperaturregulierung.

Bildergalerie

Ein spezielles Beugungsgitter bildet das Herzstück

Eine weitere Schlüsselkomponente ist ein speziell entwickeltes Beugungsgitter, das mit einer Effizienz von über 95 Prozent und exzellenter thermischer Leistungsfähigkeit punktet, wie es weiter heißt. Das Kombinationsgitter sei quasi das Herzstück des Systems. Und bisher gab es optische Kombinationselemente wie Gitter und dichroitische Spiegel (Spiegel, die in zwei Richtungen zwei verschiedene Farben zeigen) für Wellenlängen von zwei Mikrometern nur für Laserleistungen von einigen hundert Watt. Das spezielle Beugungsgitter funktioniere aber nun unter herausfordernden Parametern auch im Multi-Kilowatt-Bereich sehr gut. Es schafft dabei eine verlustarme Strahlkombination mit Gesamteffizienzen über 90 Prozent – die Grundlage für den nächsten Leistungssprung, wie man in Jena glaubt. Das Ziel heißt, die 20-Kilowatt-Hürde zu nehmen. Wichtig zu erwähnen sei auch, dass das Streulicht von zwei Mikrometern das Auge nicht schädige, weil die Hornhaut es gut absorbieren könne.

(ID:50385089)

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung. Die Einwilligungserklärung bezieht sich u. a. auf die Zusendung von redaktionellen Newslettern per E-Mail und auf den Datenabgleich zu Marketingzwecken mit ausgewählten Werbepartnern (z. B. LinkedIn, Google, Meta).

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

Weiterführende Inhalte