Laserentwicklung

Kompakter abgeschlossener diffusionsgekühlter CO2-Laser bei hohem Entladungsdruck

Der wichtigste Gesichtspunkt für zukünftige CO2-Laser betrifft die Reduzierung der Kosten sowie die erhöhte Kompaktheit und Gewichtsminimierung. Eine spezielle, sehr kompakte Bauform von CO2-Lasern im unteren und mittleren Leistungsbereich stellen abgeschlossene, diffusionsgekühlte Systeme dar, die keine Gasumwälzung und externe Gasversorgungseinheit benötigen. Als direkte Folge hiervon werden die Investitionskosten gesenkt. Die Anregung des Lasergases erfolgt in der Regel über die relativ teure Hochfrequenzanregung. Abweichend von diesem Konzept soll im Rahmen dieses Forschungsprojektes eine dielektrisch behinderte Entladung zur Anregung des Lasergases eingesetzt werden. Eine solche Entladung besitzt drei Vorteile gegenüber der herkömmlichen Hochfrequenzanregung:

1. 1.) Der Lasergasdruck kann erhöht werden, d.h. der Laser besitzt eine höhere Ausgangsleistung bei gleichzeitig kleinerer Bauform.
   
   
2. 2.) Das Lasergas kann durch besonders kostengünstige und kompakte (auf Halbleiterbasis aufgebaute) Mittelfrequenzgeneratoren angeregt werden.
   
   
3. 3.) Die Anforderungen an das Vakuumsystem verringern sich mit zunehmendem Entladungsdruck. Das Ergebnis wäre ein kompakter, abgeschlossener preisgünstiger CO2-Laser.
   
   

TEA-CO2-Laser mit hoher Repetitionsrate

In einem TEA-CO2-Laser werden großvolumige Entladungen bei Atmosphärendruck und hoher Pumpleistungsdichte transversal mit kurzen, energiereichen elektrischen Pulsen angeregt. Dadurch ist es möglich, im Lasermedium kurzzeitig große Energiemengen zu speichern und sie in Form kurzer, energiereicher Laserpulse mit hohen Spitzenleistungen zu extrahieren. TEA-CO2-Laser werden in der Industrie insbesondere zum Beschriften, Entlacken, Reinigen, Bohren, Schneiden, Härten, Glasieren und in der Laserchemie eingesetzt. Die Lebensdauer eines konventionellen TEA-CO2-Lasers beträgt nach Herstellerangaben ca. 200 Millionen Laserpulse. Daraus ergibt sich bei einer Pulsfolgefrequenz von z.B. 300 Hz eine Betriebszeit von ca. 185 Stunden bis zur Generalüberholung des Lasers. In diesen Lasern wird eine Röhre (Thyratron) als Hochspannungsschalter eingesetzt. Die Fa. Lumonics produziert inzwischen in Canada die ersten halbleitergeschalteten Impulslaser der Welt und garantiert mit dieser Technologie eine Milliarde Laserpulse (d.h. 5-mal mehr als üblich). Die Betriebskosten dieser Laser reduzieren sich gegenüber konventionellen Lasern gleicher Art um mindestens 20.000 DM pro Jahr (nach Angabe der Fa. Lumonics).

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wird ein neuartiger (ebenfalls auf Halbleiterbasis aufgebauter) Hochspannungspulsgenerator in Kombination mit einer speziellen Entladungsform eingesetzt, der eine Erhöhung der max. Pulsfolgefrequenz von 300 Hz auf 22.000 Hz ermöglicht und eine weitere Verlängerung der Lebensdauer erwarten lässt. Zusätzlich kann auf eine Vorionisierung des Lasergases verzichtet werden, wodurch die Herstellkosten des TEA-CO2-Lasers reduziert werden.

Angeboten werden:

• Lösung fertigungstechnischer Problemstellungen bis hin zur Entwicklung kompletter Prototyp-Anlagen
• Entwicklung von Lasermodulen und -Systemen

Prof. Dr. Wolfgang Viöl