Page 53 - Microsoft Word - PHYSIK.doc

Der Resonator kann unterschiedlich aufgebaut sein: entweder besteht er aus zwei zusätzlichen Spiegeln, die beispielsweise die beiden verspiegelten Faserendflächen sein können, oder aus Faser-Bragg-Gittern (FBG), die mittels Ultraviolettstrahlung (z. B. eines Excimerlasers 248 nm) in den Wellenleiter (eine angesetzte passive Glasfaser) eingeschrieben werden. Im Faserkern entstehen dadurch laterale Brechzahlunterschiede mit hohen und niedrigen Brechzahlbereichen, die abhängig von der Periodenlänge Strahlung einer bestimmten Wellenlänge reflektiert. Der Vorteil hierbei ist, dass an diesen Gittern keine zusätzlichen Koppelverluste entstehen und die FBG nur die gewünschten Wellenlängen selektiv reflektieren. Somit wird ein schmalbandiger Laserbetrieb ermöglicht.

Nach Austritt aus der aktiven Faser gelangt der Laserstrahl meist in eine Glasfaser oder in eine solche enthaltendes Lichtleitkabel, welche die Strahlung zum Beispiel zu einer Fokussieroptik einer Laser-Materialbearbeitungsmaschine fortleiten.

Ein Faserlasergerät enthält weiterhin die Stromversorgung und Kühlung für die Pump-Laserdioden.

Starke Faserlaser besitzen einen kleinen Faserlaser oder eine starke FBG-Laserdiode als Seedlaser zur Erzeugung der Eingangsleistung für einen nachgeschalteten Faserverstärker (optisch gepumpte aktive Faser). Die Trennung des Lasers in Seedlaser und Nachverstärkung hat den Vorteil, dass sich die Lasertätigkeit besser steuern lässt. Das betrifft die Wellenlängenstabilität, die Strahlqualität und die Leistungsstabilität bzw. Pulsbarkeit. Zwischen Seedlaser und Verstärkerfaser befindet sich ein Optischer Isolator.

Geschichte

Das Konzept des Faserlasers gibt es bereits seit mehr als vierzig Jahren. Bereits im Jahre 1961 befasste sich Elias Snitzer mit der Strahlausbreitung in Glasfasern und erkannte die Vorteile damit realisierter Glaslaser. Im Laufe seiner Forschungsarbeiten beschrieb er

im Jahre 1988 erstmals einen mantelgepumpten Faserverstärker und gilt somit als Begründer dieser Technologie.

Im Laufe der Entwicklung wurden die optischen Leistungen immer weiter gesteigert – um 1990 waren die ersten kommerziellen Geräte im Watt-Bereich verfügbar. Diese basierten auf, einem kleinen Laseroszillator nachgeschalteten, Erbium-dotierten Faserverstärkern.

Einsatzgebiete

Durch den robusten Aufbau, die hohe Strahlqualität und die Effizienz sind Faserlaser für viele Anwendungen geeignet.

Faserlaser kleiner Leistung werden zur Datenübertragung in Glasfasern verwendet – zur Signalregenerierung werden ähnliche Anordnungen (Faserverstärker) verwendet.

Faserlaser im Leistungsbereich von einigen Watt können unter anderem für medizinische Zwecke oder zum Beschriften von Bauteilen durch Farbumschlag eingesetzt werden.

Systeme hoher Leistung werden zum Beispiel zum Schweißen und Schneiden verwendet.

Die Nichtlinearität des Materials bei hohen Feldstärken eignet sich für passiv modengekoppelte Laser (Femtosekundenlaser).

Vor- und Nachteile

Wesentliche Vorteile des Faserlasers sind die hohe Strahlqualität der erzeugten Laserstrahlung, eine hohe Effizienz des Konversionsprozesses (abhängig von der Dotierung können optisch-optisch über 85 % erreicht werden), die gute Kühlung durch die große Oberfläche der Faser, der robuste Aufbau sowie die effektive Fertigungstechnologie durch Verwendung faserintegrierter Komponenten.

Im Allgemeinen müssen Faserlaser durch die Endflächen oder durch angespleißte