400-Watt-Femtosekundenlaser zur präzisen Materialbearbeitung

Auf der Laser World of Photonics 2009 (15. - 18. Juni, München) stellt das Fraunhofer Institut für Lasertechnik (ILT) das derzeit leistungsstärkste Ultrakurzpulslaser-Modul zur Materialbearbeitung vor.

Mit einer mittleren Leistung von über 400 W hält es nach Angaben des ILT den Weltrekord hinsichtlich mittlerer Leistung eines Lasers mit Pulsdauern von weniger als einer Pikosekunde.

Femtosekundenlaser (fs-Laser) sind der Schlüssel zur Ultrapräzisionsbearbeitung in unterschiedlichen Anwendungsfeldern. Ob in der Medizintechnik, der Elektronik, der Luft- und Raumfahrt oder in der Solartechnik - mit fs-Laser lassen sich hochpräzise dünne Schichten abtragen, faserverstärkte Kunststoffe bohren oder Oberflächen von Keramik-Bauteilen strukturieren.

Als Hürde für die Verbreitung der fs-Laser erweisen sich die Kosten von einigen hunderttausend Euro, die durch die komplexen optischen Module erzeugt werden, und die zurzeit bei kommerziellen Systemen auf unter 100 W begrenzte mittlere Leistung. Mit der Entwicklung eines 400-W-fs-Lasers auf Basis der InnoSlab-Technologie könnte dem ILT ein Paradigmenwechsel in der Herstellung kommerzieller fs-Laser gelingen.

Ermöglichen soll das die Neuinterpretation der sogenannten InnoSlab-Technologie, an der das ILT seit geraumer Zeit forscht. Diese Technologie bildet bereits die Grundlage für zahlreiche Nano- und Pikosekunden-Lasersysteme im industriellen Einsatz. Der extrem einfache Aufbau des Single-Pass-Verstärkers mit vier Spiegeln und einem Laserkristall ermöglicht einen opto-mechanisch und thermisch außergewöhnlich robusten und kompakten Aufbau. 

Darüber hinaus ist eine Reduktion und Anpassung der auftretenden Intensitäten konzeptinhärent und bietet so die Möglichkeit, Pulsenergien unterhalb einem Millijoule – wie sie insbesondere für die Mikromaterialbearbeitung relevant sind - ohne komplexe »Chirped Pulse Amplification (CPA)« zu erreichen. Dies stellt einen weiteren Durchbruch für die Vereinfachung von fs-Lasersystemen und der damit verbundenen Kosten - eine wesentliche Voraussetzung für den großflächigen Einsatz im industriellen Umfeld - dar.

Die praktischen Grenzen des Ultrakurzpulslasers sind nach allen theoretischen und experimentellen Erkenntnissen derzeit noch nicht erreicht. Das Fraunhofer ILT befasst sich bereits mit der Skalierung des fs-Lasers auf Leistungen von mehr als 1000 W. 

Halle C2, Stand 350