Neuer Laser für ultrapräzise Materialbearbeitung entwickelt

Das Fraunhofer Institut für Lasertechnik hat ein Femtosekunden-Laser entwickelt, der mit einer mittleren Leistung von etwa 400 Watt einen neuen Weltrekord im Bereich der mittleren Leistung von Lasern mit Pulsdauern kleiner als einer Pikosekunde aufstellt

400 W-Lasers vom Fraunhofer ILT
400 W-Lasers vom Fraunhofer ILT

Aachen - Femtosekundenlaser (fs-Laser) werden in den unterschiedlichsten Bereichen zur Ultrapräzisionsbearbeitung eingesetzt: in der Medizintechnik, der Elektronik, der Luft- und Raumfahrt und auch in der Solartechnik. Anwendungsbereiche sind die hochpräzise Abtragung dünner Schichten, die Bohrung faserverstärkter Kunststoffe und die Strukturierung der Oberflächen von Keramik-Bauteilen. Die präzisen Bearbeitungsergebnisse sind möglich, da die Pulsdauer der fs-Laser geringer ist, als die meisten Wechselwirkungen zwischen Atomen beziehungsweise Atomen und Elektronen. Die Effekte der Materialbearbeitung treten also erst nach Einwirkung der Laserstrahlung auf, wodurch praktische keine Wechselwirkung von Licht und abströmender Materie stattfindet.

Allerdings wird der breite Einsatz der fs-Laser durch zwei Faktoren entscheidend gehemmt: Zum einen wirken die hohen Kosten abschreckend, die durch die zur Produktion benötigten komplexen optischen Module erzeugt werden. Der Preis solcher Systeme liegt im Bereich einiger hunderttausend Euro. Zum anderen erweist sich die begrenzte mittlere Leistung der fs-Laser, die bei kommerziellen Systemen zurzeit bei unter 100 Watt liegt, als Hürde. Fünfzig Watt zählen hier schon zum High-End-Bereich.

Bei letzterem Problem haben die Forscher des Fraunhofer Institut für Lasertechnik in Aachen nun Abhilfe geschaffen. Die Entwicklung eines 400 W fs-Lasers auf Basis der Neuinterpretation der am Fraunhofer entwickelten sog. "InnoSlab-Technologie" hatte das derzeit leistungsstärkste Ultrakurzpulslaser-Modul zur Folge. Dies leite nach Angaben der Forscher einen Paradigmenwechsel in der Herstellung kommerzieller fs-Laser ein. Mit einer mittleren Leistung von über 400 Watt hält das Modul den Weltrekord hinsichtlich mittlerer Leistung eines Lasers mit Pulsdauern kleiner einer Pikosekunde. Hierdurch könnten die in der Produktion bislang vernachlässigten fs-Laser attraktiver werden. Hinzu kommt ein weiterer positiver Nebeneffekt: Durch die Vereinfachung der fs-Lasersysteme reduzieren sich auch die damit verbundenen Kosten, was eine wesentliche Vorraussetzung für den großflächigen Einsatz im industriellen Umfeld darstellt.

Weitere Informationen zu dem ehrgeizigen Projekt wird es auf der LASER World of Photonics in München im Juni 2009 geben. Dort stellt das Fraunhofer ILT erstmals sein neu entwickeltes Ultrakurzpulslaser-Modul aus.