Fasergekoppelte Laser – höchste Qualität durch hohe Verstärkung!
Dabei handelt es sich um eine Spezialform der Festkörperlaser. Die Laserstrahlung wird beim Faserlaser stark verstärkt. Dadurch wird sowohl die Robustheit, die Langlebigkeit als auch die Präzision enorm erhöht. Diese Art von Laser lässt sich daher sehr gut in der Industrie, der Medizin und für Beschriftungen einsetzen.
Wie funktioniert ein Faserlaser?
Das aktive Medium besteht aus einer Glasfaser (Kern). Diese Faser besitzt Lichtwellenleiter-Eigenschaften. Die Laserstrahlung wird durch diese Glasfaser geleitet. Durch die große Länge, die sie dabei durchfließt, wird der hohe Grad an Verstärkung erzielt. Diese Laser werden gepumpt. Das bedeutet, dass parallel zur Faser oder in diese zusätzlich die Strahlung von Diodenlasern eingekoppelt werden. Die Pumpstrahlung gelangt dann in den aktiven Faserkern. Dadurch wird die Leistung noch erhöht.
Welche Elemente werden verwendet und wie sieht der Aufbau aus?
Zur Dotierung für den Faserkern werden Neodym, Ytterbium oder Erbium verwendet, wobei Erbium bevorzugt verwendet wird. Fasergekoppelte Laser mit Erbium lassen sich besonders effektiv in der Medizin und Nachrichtentechnik einsetzen. Dabei handelt es sich um Hochleistungslaser. Da diese Technik sehr kostenintensiv ist, wird nur der Mittelteil der Glasfaser dotiert.
Diese Art von Lasers besteht aus einer oder mehrerer Pump-Laserdioden, einem Resonator sowie einer Einkoppeloptik. Die Faser besteht aus verschiedenen Schichten aus Quarzglas, Kunststoff, seltenen Erden sowie Aluminium. Der von innen nach außen abnehmende Brechungsindex ist für die Lichtführungseigenschaften verantwortlich. Der Resonator ist unterschiedlich aufgebaut. Er kann aus zwei zusätzlichen Spiegeln oder aus Faser-Bragg-Gittern bestehen. Der austretende Laserstrahl wird in eine Glasfaser oder in ein Lichtleitkabel mit Glaserfaser geleitet. Faserlasergeräte verfügen über eine Stromversorgung sowie ein Kühlsystem.
Welche Eigenschaften besitzen Faserlaser?
Der elektrisch-optische Wirkungsgrad reicht über 30 %. Darüber hinaus verfügen sie über eine enorme Strahlungsqualität. Diese rangiert im Singlemode bei M² kleiner 1,1 und bei Doppelmantelfasern bei M² kleiner 1,2. Der kompakte Aufbau ist robust und wartungsfrei. Die hohe Spitzenintensität sowie der Pulsbetrieb bis in den fs-Bereich machen fasergekoppelte Laser zu unverzichtbaren Hochleistungslasern.
Worin bestehen die Vor- und Nachteile?
Fasergekoppelte Laser, zum Beispiel von Z-LASER GmbH, punkten vor allem durch die hohe Strahlenqualität. Sie sind äußerst effizient und verfügen über eine gute Kühlung. Keine Wartung und sehr gute Kompaktheit machen sie optimal für schwierige und langfristige Einsätze. Die Verwendung von Einzeldioden erhöht die Pumpstrahlqualität sowie die Zuverlässigkeit gegenüber der üblichen Diodenbarren.
Der Nachteil dieser Technologie liegt in der weniger guten Wirkung der frequenzselektiven Elemente. Die hohe Auskopplung bewirkt eine schlechte Qualität des Resonators. Spontante Emissionen werden größtenteils verstärkt. Die lineare Polarisierung und Fertigung als Single Fequency Laser ist auch möglich.
Fazit
Fasergekopplete Laser sind somit Hochleistungsgeräte, die sehr effizient und langfristig eingesetzt werden können. Darüber hinaus sind sie leicht zu adaptieren.