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COMPASS – Compact Multi-Pass Amplifier System: Leistungsstarker UKP-Laser-Verstärker (kW-Bereich)

Kurzfassung

Dieses Multipass-Verstärker-Konzept bietet eine bislang unerreichte Ausgangsleistung im kW-Bereich bei kompakter Bauform und diversen Skalierungs- sowie Modifikationsmöglichkeiten. 

Hintergrund

Ultrakurzpulslaser (UKP)-Systeme haben sich speziell im Bereich der industriellen Mikrobearbeitung etabliert. Sie eignen sich insbesondere für Mikrostrukturierung und die Herstellung feiner Kanäle. Durch den geringen Wärme­eintrag können unterschiedlichste Materialien – auch besonders dünne oder sprödharte Halbzeuge – mit hohem Durchsatz und auch auf mikro- oder nano-Skala bearbeitet werden. Je höher die Ausgangsleistung der Laser-Quelle, desto produktiver das Gesamtsystem.

Problemstellung

Bislang werden Ausgangsleistungen von mehreren Kilo­watt nur mit aufwändigen Anordnungen erreicht, was einen großen Bauraum erfordert und anfällig für äußere Störfaktoren ist.

Lösung

Das an der Universität Stuttgart entwickelte Verstärker-konzept überzeugt durch die effiziente Nutzung des freien Raumwinkels, was nicht nur eine sehr kompakte Bau­weise erlaubt, sondern auch zu einer verbesserten Stabi­lität führt. Dies ermöglicht eine weitere Steigerung der erreichbaren Ausgangsleistung.

Kern des Systems ist ein besonders kompaktes optisches Element, das den Strahlengang mehrfach über die Laser­scheibe faltet. Wobei die im Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen reduzierte optische Weglänge das System stabiler gegen äußere Störungen macht. Das System ist prinzipiell skalierbar und limitiert durch die Fertigungs­toleranzen der Spiegel und deren Montagegenauigkeit sowie der wachsenden Weglängen mit jedem weiteren Spiegelpaar. Nach vollständigem Durchlauf der Anord­nung kann der  Strahl koaxial mit dem Eingangsstahl aus dem Verstärker austreten und über seine gedrehte Polari­sation separiert werden. Je nach Anwendung können auch andere Auskoppelmechanismen realisiert werden, z. B. mit geringen Modifikationen für unpolarisierte Strah­lung.

Die Anwendbarkeit des Grundprinzips ist nicht auf Schei­benlaser beschränkt und bietet viele Möglichkeiten der Modifikation und Erweiterung.

Schema mit klassischer Scheibenlaserpumpoptik mit erfindungsgemäßem Dorn und Spiegelring [v.n. IFSW, Universität Stuttgart].

Vorteile

  • erhöhte Ausgangsleistungen und hohe Pulsenergie für UKP-Laser (kW-Bereich)
  • stabil, leistungsfähig & kostengünstig
  • Bauraum nur ca. 0,4 m³ inkl. Pumpoptik
  • gute Leistungsskalierbarkeit und hohe Flexibilität
  • Vermeidung kleiner Foki im Strahlengang
  • Verwendung als Oszillator (Resonator) möglich

Anwendungsbereiche

Am Institut für Strahlwerkzeuge der Universität Stuttgart  konnte nun ein Multi­pass-Verstärker realisiert werden, der eine bislang uner­reichte Ausgangsleistung im kW-Bereich bei kompakter Bauform bietet. Das Anwendungsspektrum erstreckt sich über die gesamte Breite der industriellen Laserbear­beitung.

Exposé
Kontakt
Dr.-Ing. Michael Ott
TLB GmbH
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Entwicklungsstand
Prototyp / TRL5
Patentsituation
EP 3236545 A1 anhängig
US 2017/0310073 A1 anhängig
Referenznummer
15/061TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwer­tung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.