Ultrakurzpulslaser höchster Leistung – Vom Weltrekord in die industrielle Anwendung
BMBF fördert im Rahmen des nun gestarteten Verbundprojekts FOKUS Forschungsarbeiten für die nächste Generation industrietauglicher Ultrakurzpulslaser.
Ultrakurze Laserpulse mit Dauern von einigen Femtosekunden bis hin zu wenigen Pikosekunden erlauben Bearbeitungsverfahren, die mit konventionellen Werkzeugen so nicht möglich sind. Im medizinischen Bereich eröffnen sie gänzlich neue Therapiemöglichkeiten, beispielsweise durch hochpräzise und schädigungsarme Schnitte im Auge. Wesentliches Merkmal dieser Laserblitze sind extrem hohe Spitzenintensitäten, die auf Grund der starken zeitlichen Kompression bereits mit sehr geringen Pulsenergien erreicht werden können. Dies ermöglicht einen hochpräzisen Materialabtrag ebenso wie die Bearbeitung temperatursensibler Materialien ohne thermische Schädigung.
Abb.: Im Labor konnten bereits Ultrakurzpuls-Laser mit Ausgangsleistungen im kW-Bereich demonstriert werden. (Bild: Fraunhofer ILT)
Das nun gestartete Verbundprojekt FOKUS ist Teil der Förderinitiative „Ultrakurzpulslaser für die hochpräzise Bearbeitung“, für die das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) etwa 20 Millionen Euro bereitstellt, um die führende Rolle deutscher Unternehmen auf dem Gebiet der Ultrakurzpulstechnologie zu sichern und weiter auszubauen.
Im Zentrum des FOKUS-Projekts steht die Entwicklung 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 Watt bei Pulsdauern im Bereich von 200 Femtosekunden bis 1 Pikosekund zu erreichen. Der Einsatz von Ytterbium als aktivem Ion zur Verstärkung der Laserstrahlung erlaubt es kürzere Laserpulse zu erzeugen. 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 reflektierter Laserstrahlung benötigt. Zudem müssen für die kostengünstige Herstellung der innovativen Laserkristalle entsprechend produktive Kristallzuchtprozesse erarbeitet werden.
VDI Technologiezentrum GmbH / PH
