Funktionsprinzip und Aufbau eines Faserlasers

In den Faserlaser-Schneidsystemen von EAGLE kommt eine Laserquelle von IPG Photonics zum Einsatz. Um Hochleistungs-Laserstrahlen mit beispielsweise 20 kW zu erzeugen, verwenden wir verschiedene Energiequellen.

Die Quelle eines IPG-Faserlasers ist eine Halbleiter-Diodenpumpe (im Gegensatz zur Anregung von CO2 mit elektrischem Strom). Die angeregten Photonen, die von den Laserdioden abgestrahlt werden, werden in einem Glasfaserkabel erzeugt und in darin weitergeleitet.

Der Faserlaser nutzt eine optische Faser, ähnlich einem Lichtwellenleiter im Bereich Telekommunikation, um Photonen (Licht) zu erzeugen und weiterzuleiten. Diese Glasfaserkabel können sehr lang sein und bieten eine hervorragende Flexibilität, ohne dass Spiegel erforderlich sind, um das Laserlicht umzuleiten. Der Einsatz von Glasfasern ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber CO2-Lasern, da Faserlaser nicht von perfekt ausgerichteten und sauberen Spiegeln abhängig sind, um die Bewegung der Düsenspitze zu gewährleisten. Stattdessen sind sie flexibel, klein und leicht.

Der Querschnitt der Faser weist drei Schichten auf, jede mit speziellen Lichtbrechungseigenschaften. Die Außenschicht verfügt über eine spezielle Ummantelung mit dem niedrigsten Brechungsindex. Die mittlere Schicht weist im Gegensatz zum äußeren Mantel einen höheren Brechungsindex auf. Ihre Aufgabe ist es, die Laserfunktion zu initiieren und die optimale Übertragung der Pumpenergie zu gewährleisten. Die mittlere Schicht ist der aktive optische Kern, der mit seltenen Erden dotiert ist, in diesem Fall mit Ytterbium (Yb). Sie weist den höchsten Brechungsindex der drei Schichten auf.

Das Licht, das durch die dreischichtige Faser geleitet wird, tritt aus der Faser ins Freie, wo es auf das Material trifft und es zerschneidet. Eine Kollimationslinse wird verwendet, um den Strahl in einen kollimierten Strahl umzuwandeln, bei dem sich alle Photonen parallel zueinander bewegen.
Dieser kollimierte Strahl wird schließlich in eine Optik geleitet, durch die er auf einen bestimmten Punkt (an dem sich das Zielmaterial befindet) fokussiert und auf einen bestimmten Durchmesser eingestellt wird.
Durch den dünnen Aufbau des langen Strahls ist der Kühlvorgang im Vergleich zu anderen Laserarten einfacher und effizienter, und die durch das Pumpen des Laserstrahls mit Energie erzeugte Hitze ist nur deutlich geringer. Aufgrund dieser beiden Merkmale erreicht der Faserlaser ein extrem gutes Konversionsverhältnis von elektrischer Energie in Strahlleistung. Faserlaser sind äußerst effizient.

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