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Aktive Strahlformung von Industrielasern

Spezialfasern mit rechteckiger Kerngeometrie

25. Oktober 2016, 14:03 Uhr | Nicole Wörner

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Die Lösung: Rechteckige Kerngeometrie

Herkömmliche Glasfasern besitzen einen runden Kern, bei dessen Durchlaufen die Lichtenergie zwar immer ein Stück weit gedämpft, nicht aber in ihrer Verteilung verändert wird. Ganz anders sieht das hingegen bei Glasfasern aus, deren Kern eine rechteckige Geometrie besitzt. Solche sogenannten NCC-Fasern (Non Circular Core), die von Faseroptik-Spezialisten wie CeramOptec angeboten werden, regen dank ihrer speziellen Kerngeometrie alle eingekoppelten optischen Moden an und bewirken so eine gleichmäßige Energieverteilung. Homogenisierende Strahlformungsoptiken sind damit nicht mehr notwendig, was die Investitionskosten für die Laseranwendung senkt und zudem die Leistungsverluste des Lasers deutlich reduziert.

Auch für die Erzeugung rechteckiger Brennflächen ist bei NCC-Fasern weit weniger Aufwand erforderlich: Weil der Ausgangsstrahl dieser Fasern bereits annähernd orthogonal ist, muss das Strahlprofil nur noch optimiert werden, was den Bedarf an Spiegeln und Blenden stark verringert. Für runde Brennflächen mit gleichmäßiger Energieeinwirkung sind überhaupt keine Optiken notwendig: Hier wird der NCC-Faser eine Rundkern-Faser nachgeschaltet, welche das kreisförmige Strahlprofil erzeugt. Die auf der NCC-Strecke generierte homogene Energieverteilung bleibt beim Übergang des Lichtstrahls in diese Rundkern-Faser erhalten.

Auch für kurze Faserstrecken

Um die homogenisierende Wirkung von NCC-Fasern nutzen zu können, müssen Anwender keine langen Faserstrecken einkalkulieren. Bei Verwendung einer Laserdioden-Lichtquelle stellt sich die einheitliche Intensitätsverteilung bereits nach einer Faserlänge von wenigen Zentimetern ein. Auch Einbußen in puncto Laserleistung und Strahlqualität stehen nicht zu befürchten: In vergleichenden Untersuchungen von Rundkern- und NCC-Fasern zeigten sich bei zentralen Parametern wie Leistungsaufnahme, mechanische Stabilität, spektrale Dämpfung und numerische Apertur keine nennenswerten Unterschiede.

Glasfasern mit rechteckiger Kerngeometrie haben sich in der Praxis bereits wiederholt als Alternative zu kostspieligen Strahlformungsoptiken bewährt. Sie werden meist aus Quarzglas hergestellt und sind mit Gesamtdurchmessern von 50 bis 2000 µm, Kern-Seitenverhältnissen von 1:1 bis 1:4 sowie Kern-Mantel-Verhältnissen von bis zu 1:20 lieferbar. Bei CeramOptec sind zudem Fasern mit einem oktogonalen Cladding erhältlich, das die homogenisierende Wirkung des rechteckigen Kerns unterstützt. Bei der Auswahl des richtigen Faserdesigns bieten die Hersteller von der Beratung bis zu Testläufen umfassende Unterstützung an.