Was ist ein Faserlaser? Aufbau und Einsatzmöglichkeiten einfach erklärt

Was ist ein Faserlaser

Ein Faserlaser ist ein Laser, bei dem der dotierte Kern einer Glasfaser als aktives Medium fungiert. Diese Glasfaser besitzt Lichtwellenleiter-Eigenschaften und setzt sich aus mehreren Schichten zusammen. Aus diesem Grunde kann die Glasfaser den Laserstrahl nicht nur ungehindert hindurchleiten, sondern auch kontinuierlich verstärken. Die Qualität und die Intensität der austretenden Strahlung ist sehr hoch. So kann der Faserlaser überall dort zum Einsatz kommen, wo es auf eine schnelle und intensive Bearbeitung von Oberflächen ankommt.

Wie ist ein Faserlaser aufgebaut?

Jede einzelne Faser besitzt verschiedene Schichten, wobei der Hauptteil aus Quarzglas besteht und von einer dünnen Kunststoff-Schicht überzogen ist. Der Brechungsindex nimmt von innen nach außen ab. Das ist bei jeder Schicht zu beobachten und bildet die Grundlage für eine einwandfreie Lichtführung. Der Resonator des Faserlasers besteht entweder aus zwei zusätzlichen Spiegeln oder Faser-Bragg-Gittern, die in den Wellenleiter eingeschoben werden. Das geschieht mittels UV-Strahlung. Die Brechzahlen im Kern einer Faser unterscheiden sich zum Teil erheblich. So gibt es Bereiche mit hohen und Bereiche mit niedrigen Brechzahlen. Nach dem Austritt aus einer aktiven Faser gelangt ein Laserstrahl in die Glasfaser. Außerdem ist in allen Faserlasern für eine ausreichende Stromversorgung und Kühlung der Pump-Laserdioden gesorgt.

Laser- und Pumplicht in Lichtwellenleitern

Das Licht wird durch die Glasfasern geführt, wobei der innere Querschnittsbereich das laseraktive Medium ist. Dort sind auch Elemente seltener Erden vorhanden. Die Energieversorgung wird über Laserdioden, sogenannte Pumpdioden, die von außen auf die Faser strahlen, sichergestellt.  In diesem Bereich ist der Kern eines Faserlasers von einem Pumpmantel umgeben. Kommt es zu einer energetischen Anregung, können Lichtsignale durch lange und dünne Stränge übertragen werden, die aus purem Glas bestehen. Auf diese Weise wird das Licht des Lasers vielfach verstärkt. In diesem Zusammenhang ist es wichtig zu wissen, dass eine Faser nicht nur als Führungssystem für den Lichtstrahl, sondern auch als Resonator fungieren kann. Einzelne Fasern sind in der Lage, Laserstrahlleistungen von 100 W oder mehr zu erzeugen, wobei die Qualität der Strahlung grundsätzlich sehr hoch ist. Werden die Strahlen zusätzlich gebündelt und ist der Wirkungsgrad hoch, kann in vielen Fällen eine deutlich höhere Strahlungsleistung erreicht werden.

Faserlaser - leistungsfähig und flexibel

Faserlaser

Faserlaser sind robust, flexibel und belastbar. Man kann davon ausgehen, dass sie unter normalen Bedingungen mehrere tausend Stunden einwandfrei funktionieren. Außerdem sind Faserlaser relativ unempfindlich gegenüber Verunreinigungen oder mechanischen Erschütterungen. All dies trägt entscheidend dazu bei, dass sie in der Industrie, in der Medizin und in vielen anderen Bereichen flexibel eingesetzt werden können. Jede Pumpdiode, die in einem Faserlaser enthalten ist, wird von den anderen Pumpdioden räumlich separiert und besitzt ihren eigenen Kühlkörper. Das ist eine wesentliche Voraussetzung für die Robustheit und die lange Lebensdauer von einem Faserlaser.

Wo kann ein Faserlaser in der Praxis eingesetzt werden?

Die Einsatzmöglichkeiten von Faserlasern sind sehr vielfältig. Grundsätzlich kommen sie überall dort infrage, wo entweder kleine Strukturen graviert oder hochauflösende Bilder und Beschriftungen angebracht werden müssen. Bei großen Oberflächen besteht der Vorteil, dass das Volumen der eingesetzten Glasfasern nur sehr gering ausfallen muss. Des Weiteren wird zu jeder Zeit eine effektive Kühlung sichergestellt. So kann der Laser auch über einen längeren Zeitraum ohne größere Unterbrechungen eingesetzt werden. Der Wirkungsgrad ist relativ hoch, während der Wartungsaufwand für den Laser gering ist. Der Laser produziert am Ausgang nur sehr wenig Abwärme.

Faserlaser in der Medizin, in der Industrie und im Bauwesen

Härtere Materialien wie zum Beispiel Metalle oder Kunststoffe lassen sich mit Faserlasern sehr schnell und zuverlässig bearbeiten. Außerdem kannst Du Bauteile beschriften oder Produkte markieren. Gerade die Markierung geht sehr schnell vonstatten, wobei keinerlei Abstriche bezüglich der Präzision gemacht werden müssen. Eher ist das Gegenteil der Fall, denn der Faserlaser ist in der Lage, rasante Geschwindigkeiten beim Markieren mit einer außerordentlich hohen Präzision zu kombinieren. Aus diesem Grunde kommt er auch in der Medizintechnik sehr häufig zum Einsatz. Selbst wenn Du sehr dünne und empfindliche Folien beschriften möchtest, ist der Laser hervorragend geeignet. Du kannst Dich darauf verlassen, dass er die Beschriftung sehr filigran, dauerhaft und ohne jegliche Beschädigungen an der Folie vornehmen wird. In diesem Zusammenhang ist es wichtig zu wissen, dass eine Kennzeichnung im industriellen Bereich ohne Berührung der Oberfläche sowie äußerst sparsam erfolgen kann.

Vor- und Nachteile eines Faserlasers

Schutzbrille Faserlaser

Der Einsatz von Faserlasern erweist sich in vielen Bereichen als vorteilhaft. Die Strahlungsqualität ist sehr hoch und die Leistung kann sich sehen lassen. Außerdem ist eine gute Effizienz gegeben. Selbst wenn der Laser größere Oberflächen bearbeiten muss, ist immer eine gute Kühlung gewährleistet. Mit dem Faserlaser kannst Du große Flächen innerhalb kürzester Zeit markieren. Aufgrund seiner Robustheit und seiner besonderen Eigenschaften ist der Faserlaser weitestgehend wartungsfrei und kann über einen sehr langen Zeitraum verwendet werden. 

Faserlaser gibt es nur mit einer Wellenlänge im Bereich von 1064 nm. - Das ist bei der Bearbeitung von Metall sehr vorteilhaft. Gleichzeitig ist der Einsatz von Faserlasern, aufgrund der Wellenlänge, bei bestimmten Materialien beschränkt. So eignet sich der Faserlaser nicht zum Laserschneiden von Materialien wie Acryl, Holz und Textilien. Hier kann der Laserstrahl wegen der Wellenlänge von 1064 nm nicht absorbiert werden. Dadurch kommt es zu keiner Wechselwirkung zwischen dem Licht und dem organischen Werkstoff. Hinzu kommt, dass Hochleistungs-Faserlaser in der Regel der Laserklasse 4 angehören. Deswegen sind besondere Schutzmaßnahmen nötig. Eine Nutzung von Faserlasern ohne ein Laserschutzbeauftragen ist nicht erlaubt. Dazu muss selbstverständlich ständig eine Schutzbrille getragen werden, da die Strahlen für das Auge und die Haut gefährlich sind. Bei falschem Umgang mit dem Laser besteht außerdem eine Brandgefahr.

 

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