FOKUS

Femtosekundenlaser höchster Leistung

FOKUS: Neuartige Laserkristalle erlauben die stabile Erzeugung ultrakurzer Laserpulse bei mittleren Ausgangsleistungen im kWBereich (Quelle: FEE GmbH)

Vom Weltrekord
in die industrielle Anwendung

Grund­lage für den wirt­schaft­li­chen Ein­satz von Ultra­kurz­puls­la­sern sind indus­trie­taug­li­che, also robuste und war­tungs­arme Strahl­quel­len­kon­zepte, die eine wei­tere Erhö­hung der Aus­gangs­leis­tung erlau­ben. Gleich­zei­tig wird für die Ent­wick­lung und Eta­blie­rung wei­te­rer neu­ar­ti­ger Laser­pro­zesse für die Mate­ri­al­be­ar­bei­tung die Kom­bi­na­tion von hoher mitt­le­rer Leis­tung und kür­ze­ren Puls­dau­ern benö­tigt. Eine der zen­tra­len Her­aus­for­de­run­gen dabei besteht vor allem darin, die übli­cher­weise mit der Ver­kür­zung der Puls­dau­ern ein­her­ge­hende Zunahme der Kom­ple­xi­tät der Laser­sys­teme durch geeig­nete Strahl­quel­len­kon­zepte zu ver­hin­dern. Dies führt direkt auch zu nied­ri­ge­ren Kos­ten sol­cher Ultra­kurz­puls­la­ser­sys­teme, so dass sich dadurch auch wei­tere Anwen­dungs­fel­der für die Ultra­kurz­puls­tech­no­lo­gie erschlie­ßen las­sen. Für den Ein­satz in der Mate­ri­al­be­ar­bei­tung – etwa von Solar­zel­len oder von Faser­ver­bund­werk­stof­fen für den Leicht­bau – ermög­li­chen Strahl­quel­len der ange­streb­ten Leis­tungs­klasse eine deut­li­che Stei­ge­rung der Bear­bei­tungs­ge­schwin­dig­keit, so dass für die Ultra­kurz­puls­tech­no­lo­gie über die Mikro­ma­te­ri­al­be­ar­bei­tung hin­aus zuneh­mend auch der Ein­satz in der Makro­ma­te­ri­al­be­ar­bei­tung wirt­schaft­lich wird. Die Arbei­ten schaf­fen im Erfolgs­fall die Grund­lage für einen zügi­gen Tech­no­lo­gie­trans­fer der bis­lang im Labor erziel­ten und inter­na­tio­nal beach­te­ten Rekord­werte in die indus­tri­elle Anwen­dung. Nach der erfolg­rei­chen Umset­zung indus­trie­taug­li­cher Ultra­kurz­puls­la­ser mit Puls­dau­ern im Bereich eini­ger Piko­se­kun­den folgt nun der nächste Schritt hin zu kür­ze­ren Puls­dau­ern und höhe­ren Aus­gangs­leis­tun­gen. Die her­aus­ra­gende Posi­tion deut­scher Unter­neh­men auf die­sem Gebiet wird damit gesi­chert und wei­ter aus­ge­baut.

Kürzer, stärker, produktiver –
Die nächste Genration der Ultrakurzpulslaser

Ziel des Vor­ha­bens ist die Rea­li­sie­rung leis­tungs­star­ker, robus­ter und kom­pak­ter Ultra­kurz­puls­la­ser der nächs­ten Gene­ra­tion. Dabei sol­len neue Laser­kris­talle ein­ge­setzt wer­den, um das Ziel der sta­bi­len Erzeu­gung von Laser­strah­lung mit Aus­gangs­leis­tun­gen im Bereich bis 1000 W bei Puls­dau­ern im Bereich von 200 fs bis 1 ps zu errei­chen. Der Ein­satz von Ytter­bium als akti­vem Ion zur Ver­stär­kung der Laser­strah­lung erlaubt die Erzeu­gung kür­ze­rer Laser­pulse. Gleich­zei­tig muss für eine Stei­ge­rung der Aus­gangs­leis­tung stö­rende Wärme effek­ti­ver aus den Laser­kris­tal­len, in denen die Ytter­bium-Ionen ein­ge­bet­tet sind, abge­führt wer­den. Dies soll durch das vor­ge­schla­gene Strahl­quel­len­de­sign in Ver­bin­dung mit neuen Kris­tall­ma­te­ria­lien mit einer bes­se­ren Wär­me­leit­fä­hig­keit erreicht wer­den. Inno­va­tive Pump­mo­dule mit sta­bi­li­sier­ter Wel­len­länge und ver­rin­ger­tem Strom­be­darf sol­len genutzt wer­den, um die zur Ver­stär­kung der Laser­strah­lung benö­tigte Ener­gie effi­zi­en­ter in die Laser­kris­talle ein­zu­brin­gen. Um die gestei­gerte Aus­gangs­leis­tung indus­tri­ell nut­zen zu kön­nen, wer­den dar­über hin­aus wei­tere Kom­po­nen­ten, etwa zum Schutz der Strahl­quel­len vor der Laser­strah­lung, die bei der Bear­bei­tung vom Werk­stück mög­li­cher­weise zurück reflek­tiert wird, benö­tigt. Zudem müs­sen für die kos­ten­güns­tige Her­stel­lung der inno­va­ti­ven Laser­kris­talle ent­spre­chend pro­duk­tive Kris­tall­zucht­pro­zesse erar­bei­tet wer­den. Der ent­lang der Wert­schöp­fungs­kette struk­tu­rierte Ver­bund wird sich die­sen grund­le­gen­den Fra­ge­stel­lun­gen anneh­men, so dass im Anschluss an das Vor­ha­ben mit einer zügi­gen Ent­wick­lung und Markt­ein­füh­rung von Ultra­kurz­puls­la­sern der nächs­ten Gene­ra­tion zu rech­nen ist.

Koordinator

Dr. Keming Du

EdgeWave GmbH
Schumanstr. 18b
52146 Würselen
Tel.: +49 (0)2405 41 86-0
E-Mail: info@edge-wave.com

Projektvolumen

7,2 Mio €
(ca. 58,4% Förderanteil durch das BMBF)

Projektlaufzeit

1.3.2012 — 31.8.2015

Projektpartner

Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung Teil des Photonik Forschung Deutschland-Programms