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Die Verarbeitung industrieller Materialien mit Lasern ist einer der am schnellsten wachsenden Fertigungsbereiche weltweit. Mit unterschiedlichen technischen und wirtschaftlichen Vorteilen gegenüber CO2-Lasern, wurden Faserlaser in den letzten Jahren in eine breite Palette industrieller Prozesse integriert. Ophir Optics, ein führender Entwickler und Hersteller der Präzisions-Infrarot-Optik, führt das Feld mit seiner Fiberlens™ Optik für Faser- und Scheibenlaser (1,03um, 1,064um, 1,07um, 1,07-1,08um).

Faserlaser bieten einen deutlichen Vorteil gegenüber aktuellen in der Industrie verwendeten Lasern: sie erledigen den Job schneller und gewähren so eine deutlich höhere Produktivität.

Ein Faserlaser ist ein Festkörperlaser, welcher alle benötigten Elemente integriert. Dies ist als monolithisches Design bekannt und bietet hohe Effizienz, eine Einzelmodusausgabe sowie hohe Strahlqualität. Das Licht zum Pumpen des Lasers wird von Dioden-Bänken emittiert, während der Laserstrahl verstärkt und, ähnlich wie bei der Datenübertragung, durch faseroptische Kabel geleitet wird. Die Lichterzeugung eines Faserlasers ist 200 % effizienter als mittels eines herkömmlichen CO2-Lasers. Dabei ist die Einspeisung weitaus einfacher und es besteht somit keine Notwendigkeit teure optische Spiegel zu verwenden.

Der Laser wird innerhalb des Faserkerns geführt. Wenn der verstärkte Strahl aus dem Faserkabel austritt, wird dieser „begradigt“ (kollimiert) und dann durch eine Linse auf das zu schneidende Material fokussiert.

Die Verwendung von Faserlasern für Schneideanwendungen in der metallverarbeitenden Industrie wird immer beliebter aufgrund des schnelleren Schneidverfahrens, welches eine Kantenqualität liefert, die vergleichbar mit der eines CO2-Lasers ist.

Optische Komponenten in Strahlführungssystemen von Faserlasern

Optische Komponenten in Strahlführungssystemen von Faserlasern
Optical fiber = Glasfaser (or: Lichtwellenleiter; or: optische Faser – depending on your preference) Doublet lens = Doppellinse

Die Vorrichtung für das optische Ausgangssignal eines faseroptischen Strahlenzufuhrsystems besteht üblicherweise aus einer Kollimatorlinse, einer Fokussierlinse und einem Schutzfenster. Die optischen Linsen des Schneidkopfs eines Faserlasers sind aus Quarzglas hergestellt und speziell beschichtet, um die Absorption zu minimieren sowie die Durchlässigkeit der 1 Mikron Wellenlänge des Laserstrahls auf das Metallblech zu maximieren.

Kollimationslinse:
Die Kollimationslinse fängt die stark divergierende Laserleistung von der optischen Faser ein und erzeugt einen parallelen (kollimierten) Strahl mit reduzierter Divergenz, was wiederum moderate Ausbreitungsstrecken ermöglicht.

Optische Komponenten in Strahlführungssystemen von Faserlasern
Collimated = Kollimiert
Diverging = Divergierend

Fokussierlinse:
Ähnlich wie andere Lasersysteme für Anwendungen in der Metallverarbeitung, ist die Hauptaufgabe der Fokussierlinse, die Energie der Laserstrahlleistung in einem bestimmten Abstand (Brennweite) an eine Stelle zu konzentrieren - abhängig von der Anwendung. Die Brennweite - definiert durch der Krümmungsradius der Linse - ist das wichtigste Merkmal einer Fokussierlinse.

Die Kollimatorlinse führt den rasch divergierenden Strahl aus dem Faserende und begradigt oder kollimiert ihn. Diese Linse sollte in einem Abstand platziert werden, der exakt gleich zu ihrer Brennweite von der Faserendfläche ist. Wenn dies nicht geschieht, wird der Strahl nicht kollimiert. Die Fokussierlinse fungiert als ein Objektiv und fokussiert den Strahl, um ein Bild der Faserfläche zu bilden.

Schutzfenster:
Faserlaser arbeiten mit dem sichtbaren Lichtspektrum, während CO2-Laser mit dem Infrarot-Spektrum arbeiten. Dies führt dazu, dass Faserlaser viel empfindlicher gegenüber Verschmutzungen sind. Selbst eine kleine Menge Staub oder Schmutz kann die Leistung eines Faserlasers erheblich verändern. Aus diesem Grund verwendet man Hochleistungsschutzfenster bei der Mehrzahl der Faserlasersysteme, um so die Fokussierlinsen vor Verschmutzungen zu schützen. Das Schutzfenster ist vor der Fokussierungslinse angeordnet und dient als eine Sperre zwischen der Linse und dem Metallblech. Die besten Schutzfenster werden aus Quarzglas hergestellt und haben eine AR (anti-reflektierende) -Beschichtung. Dies ermöglicht es dem Strahl durch die Linse und zu dem Teil, welcher geschnitten werden soll, zu passieren und verhindert, dass sich Schmutz oder Schmutzpartikel auf der Linse absetzten. Dies ist ein wesentlicher Teil von Hochleistungs-Faserlasern. Die Qualität Ihrer Schutzfenster bestimmt also auch die Qualität des Schnitts. Schutzfenster sind das am meisten konsumierte optische Element in Faserlasersystemen.

Mit der zunehmend höher werdenden Leistung von Faserlasern, wird auch die Notwendigkeit für ein extrem hohes Reinheitsniveau immer augenscheinlicher. Linsen, die noch zuvor manuell geändert worden waren, erfordern jetzt Reinräume. Um die Optik zu schützen, sieht man also heutzutage immer mehr versiegelte Laserköpfe in der Industrie.

Zwei Hauptfaktoren, Qualität und Sauberkeit, sind wesentlich beim Umgang mit Faserlasern. Die Leistung wird durch den Laserkopf sowie die Qualität der Komponenten bestimmt. Das bedeutet, dass eine Investition in die besten Linsen und Linsen-Schutzfenster kritisch ist. Es gibt keinen Ersatz für Qualität.

Die Beschichtungsqualität variiert stark von Produkt zu Produkt. Eine gute Beschichtung ist Teil Wissenschaft und Teil Magie! Es braucht eine Menge an Erfahrung, um es richtig zu machen. Das Testen und die kontinuierliche Verbesserung des Prozesses haben Ophir zu einem führenden Unternehmen in der Beschichtungsindustrie für die Laseroptik sowie die Infrarotoptik für Nachtsicht und viele andere optische Projekte gemacht.

Die Ophir Laserlinsen für Fasermaschinen sind die Besten in der Branche. Die Schutzfenster zum Schutz der Faserlinsen sind genauso gut. Die Qualität und Präzision der Ophir 1-Mikrometer-Optik sind die Faktoren, welche das Unternehmen von der Konkurrenz abheben.

Das Angebot der Ophir Faserlaseroptik umfasst unser Marke Fiberlens ™, ein UV-taugliches Quarzglas, Fokussier- und Kollimatorlinsen sowie UV-taugliche Quarzglas-Schutzgläser, welche als Schutzschilde gegen Fremdkörper benutzt werden, um die Linsen vor Verschmutzungen zu schützen.

Unsere Fiberlens™ Optik ist die weltweit innovativste Optik für den Einsatz in Hochleistungs- und 1 Mikron-Faserlasersystemen. Diese Familie der Optik ist anwendbar für alle 1 Mikrometer Anwendungen mit einer Reichweite von 1030-1080nm, einschließlich Faser- und Scheibenlasern.

Dank des Ultra-Low-Absorptionsmaterials (<50 ppm bei 1,03 bis 1,08 Mikrometer), engen Brennweitentoleranzen (± 0,5 %) und einer Laser-Zerstörschwelle von >10J/cm2, liefert Ophir Fiberlens™ Optik die beste Leistung für 1 Mikron-Laser.