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Fraunhofer entwickelt UKP-Laser

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Kohärent kombinierter UKP-Faser-Laser der kW-Klasse am Fraunhofer IOF (Foto: fraunhofer)
Mit dem Cluster of Excellence ‚Advanced Photon Sources‘ zielt die Fraunhofer-Gesellschaft auf die internationale Technologieführerschaft bei Lasersystemen, die mit ultrakurzen Pulsen (UKP) höchste Leistungen und neue Einsatzpotenziale erbringen. Die neuen Systeme sollen alle bisherigen UKP-Laser um eine Größenordnung in der mittleren Laserleistung übertreffen. Gleichzeitig wird an der nötigen Systemtechnik sowie an den passenden Anwendungen in Industrie und Forschung gearbeitet.
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Eine 500-W InnoSlab-UKP-Strahlquelle für Applikationsuntersuchungen im Fraunhofer ILT (Foto: Fraunhofer)
Auf einer Kick-off Veranstaltung am 2. Mai in Aachen gaben Prof. Reinhart Poprawe, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT, und Prof. Andreas Tünnermann, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF, den Start des Fraunhofer UKP Clusters bekannt. „Wir treten mit zwölf Instituten an, um eine neue Lasergeneration für Industrie und Forschung zu entwickeln. Geplant ist eine disruptive Technik, auf deren Basis die Anwendungsbereiche für Lasertechnik deutlich erweitert werden – von der Skalierung ultrapräziser Fertigungsverfahren bis zur Erschließung neuer Pulsdauer- und Wellenlängenbereiche für die Forschung“, so der Leiter des Clusters, Prof. Poprawe.
UKP-Laser mit hohen Intensitäten
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Projektpartner des ‚Fraunhofer Cluster of Excellence‘ trafen sich am 2. Mai 2018 in Aachen. Cluster-Leiter Prof. Reinhart Poprawe, Fraunhofer ILT (vorne, 2.v. r.), und Prof. Andreas Tünnermann, Fraunhofer IOF (vorne, 2.v. l.) (Foto: Fraunhofer)
UKP-Laser erzeugen im Fokus bei vergleichsweise kleinen Pulsenergien extrem hohe Intensitäten. Die Entwicklung hocheffizienter, leistungsstarker Pumpdioden ermöglicht die Nutzung neuer Lasermedien, insbesondere von Ytterbium-dotierten Fasern und Kristallen. Darauf basierende UKP-Laser haben eine Leistungshöhe und Robustheit erreicht, die industrielle Anwendungen möglich machen.
In der Mikro-Materialbearbeitung zeigen die UKP-Laser zwei wesentliche Vorteile: Sie können praktisch alle Materialien bearbeiten, und der Abtrag ist besonders präzise und schonend, da durch die ultraschnelle Wechselwirkung kaum Wärme im angrenzenden Material verbleibt. Deshalb waren diese Laser schon früh für die Medizintechnik interessant, etwa für Augenoperationen im Femto-Lasik-Verfahren.
Zwei Applikations-Labors
Getrieben durch die industriellen Anwendungspotenziale beim Schneiden von ultraharten Keramikmaterialien und faserverstärkten Kunststoffen wollen die ‚Advanced Photon Sources‘ Partner die mittlere Leistung der UKP-Quellen bis in den 10 kW-Bereich erhöhen. Mit einem Budget von 10 Mio. € für die ersten drei Jahre sollen Strahlquellen entwickelt und erprobt werden.
An den Fraunhofer-Instituten ILT und IOF werden noch 2018 Applikationslabore eingerichtet, damit die weiteren Partner mit der Systemtechnik und innovativen Anwendungen beginnen können. Derzeit sind zwölf Institute beteiligt. Die Applikationsentwicklung zusammen mit den Fraunhofer-Instituten FEP, IAF, IIS, IKTS, IMWS, ISE, ISIT, ITWM, IWM und IWS zielt auf neue Prozesse ab – von der Mikrostrukturierung und Funktionalisierung von Solarzellen, ultraharten Keramiken und Batteriekomponenten bis zum Schneiden von Gläsern und Leichtbau-Materialien.
Neben der ultrapräzisen Fertigung ist auch die Erzeugung kohärenter Strahlung bis in den weichen Röntgenbereich geplant – mit Photonenflüssen, die um zwei bis drei Größenordnungen über den bisher erreichten liegen. Damit soll in den Materialwissenschaften die Generierung und Untersuchung neuartiger Materialien etabliert werden. Darüber hinaus ergeben sich neue Möglichkeiten für die Bildgebung biologischer Proben oder für die Lithographie im Halbleiter-Bereich.

www.fraunhofer.de

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