Faserlaser Laser besser fokussieren

Forscher des Instituts für Strahlwerkzeuge (IFSW) der Universität Stuttgart haben neuartige Multikern-Glasfasern entwickelt, die längere Übertragungswege für Hochleitungs-Festkörperlaser erlauben.

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Universität Stuttgart

Bisher ließen sich die Laserstrahlen bei modernen Festkörperlasern wie etwa Scheiben- oder Faserlasern präzise fokussieren und die Strahlung konnte in flexiblen Glasfasern über Distanzen von 100 Metern geführt werden. Dennoch ist hierbei die maximale Übertragungsstrecke begrenzt. Die Ursache für die Begrenzung der Übertragungsstrecke von Laserstrahlen in Glasfasern liegt in nichtlinearen Effekten, die bei sehr hohen Leistungsdichten in den Fasern auftreten. Diese können entweder die am Ausgang der Glasfaser verfügbare Leistung deutlich reduzieren oder sogar zur Beschädigung der Faser beziehungsweise der Laserquelle führen. Je länger die Glasfaser ist, desto geringer ist die Leistungsdichte, ab der die Begrenzungseffekte eintreten.

Multi-Kilowatt-Laserstrahlung übertragen

Mit dem neuen Faserziehturm der Universität Stuttgart ist es den Forschern des Instituts für Strahlwerkzeuge gelungen, Glasfasern für die Übertragung von Multi-Kilowatt-Laserstrahlung mit beugungsbegrenzter Strahlqualität über Entfernungen von etwa 100 Metern zu entwickeln. Die neuartigen Glasfasern sind singlemodig und besitzen eine effektive Modenfeldfläche von 470 Quadratmikrometern. Singlemodig bedeutet, dass innerhalb der Faser nur eine Lichtverteilung möglich ist und damit eine gute Fokussierbarkeit der Laserstrahlung bei der Übertragung durch die Glasfaser gewährleistet ist. In mehrmodigen Glasfasern treten aufgrund mehrerer möglicher Verteilung Übertragungsstörung auf. Normalerweise steigt die Anzahl der im Faserkern geführten Moden mit zunehmender Querschnittsfläche. Die neue Faser vereint jedoch eine echte Einmodigkeit mit einer großen Fläche. Die Überlegenheit der Multikernfaser beruht darauf, dass das Laserlicht nicht in einem einzelnen Kern geführt, sondern über 19 kleinere, miteinander gekoppelte Kerne verteilt wird. Die Herausfoderung für die Forscher bestand darin, die einzelnen Kerne und deren Anordnung so auszulegen, dass die Gesamtstruktur aus allen Kernen nicht multimodig wird. Diese Eigenschaften der neuen Faser ermöglichen es, höhere Leistungen zu übertragen beziehungsweise längere Übertragungswege zu realisieren, ohne dass dabei die Strahlqualität des Lasers abnimmt. So bleibt die gute Fokussierbarkeit der Festkörperlaser bis zum Werkstück erhalten.

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