Extrem transparent

Die Bearbeitung industrieller Werkstoffe mit Lasern ist ein schnell wachsender Fertigungsbereich. Ophir Optics, Hersteller von Präzisions-Infrarot-Optik, bietet Linsen und Schutzgläser für Festkörperlaser von 1,03 bis 1,08 Mikrometer an.

11. Dezember 2015
Optische Komponenten in Strahlführungssystemen von Faserlasern (Bild: Ophir Optronics Solutions)
Bild 1: Extrem transparent (Optische Komponenten in Strahlführungssystemen von Faserlasern (Bild: Ophir Optronics Solutions))

Festkörperlaser bieten gegenüber CO2-Lasern einige Vorteile: Sie erledigen Aufträge schneller und sorgen so für höhere Produktivität. Festkörperlaser bieten einen Single-mode-Output sowie eine hohe Strahlqualität. Das Licht zum Pumpen des Lasers wird meist von Dioden-Bänken emittiert, der Laserstrahl verstärkt und durch die Faser ans Ziel geleitet. Die Lichterzeugung eines Faserlasers ist etwa doppelt so effizient wie die eines CO2-Lasers.

Die Verwendung von Faserlasern für Schneideanwendungen in der metallverarbeitenden Industrie wird immer beliebter. Denn sie liefern eine Kantenqualität, die der eines CO2-Lasers nahekommt.

Wenn der Strahl aus der Faser austritt, wird er zuerst durch eine Sammellinse parallelisiert und dann durch eine weitere Sammellinse auf das zu schneidende Material fokussiert. Die Vorrichtung für das optische Ausgangssignal eines faseroptischen Strahlenzufuhrsystems besteht üblicherweise aus Linsensystemen und einem Schutzfenster.

Optische Komponenten in Strahlführungssystemen

Die Linsen des Schneidkopfs bestehen aus Quarzglas und sind speziell beschichtet, um Absorption und Reflexion zu minimieren und die Durchlässigkeit des Laserstrahls zu maximieren. Die Kollimatorlinse kollimiert den divergierenden Strahl aus dem Faserende. Sie sollte in einem Abstand von der Faserendfläche exakt gleich zu ihrer Brennweite plaziert werden. Andernfalls wird der Strahl nicht kollimiert.

Die Hauptaufgabe der Fokussierlinse ist es, die Energie der Laserstrahlleistung auf eine Stelle zu konzentrieren. Die Brennweite, bestimmt durch der Krümmungsradius der Linse, ist das wichtigste Merkmal einer Fokussierlinse. Faserlaser zum Schneiden und Schweißen von Metallen arbeiten im nahen Infrarotbereich (1,03 µm, 1,064 µm, 1,07 µm, 1,07 - 1,08 µm) oder im sichtbaren Bereich, während CO2-Laser mit etwa 10 µm arbeiten. Deshalb sind Faserlaser auch empfindlicher gegenüber Verschmutzungen.

Scheiben schützen teure Frontlinse

Aus diesem Grund werden bei der Mehrzahl der Faserlasersysteme Hochleistungsschutzgläser verwendet. Das Schutzfenster ist vor der Fokussierlinse angeordnet und dient als Sperre zwischen der Linse und dem Blech.

Sehr hochwertige Schutzfenster werden aus Quarzglas gefertigt und besitzen eine Anti-Reflex-Beschichtung. So kann der Strahl die Linse passieren und es wird verhindert, dass sich Schmutzpartikel auf der Linse absetzen. Die Qualität ihrer Schutzscheiben bestimmt also auch die Schnittqualität.

Mit der wachsenden Leistung von Faserlasern steigt auch die Notwendigkeit eines extrem hohen Reinheitsniveaus. Linsen, die noch zuvor manuell bearbeitet worden waren, erfordern jetzt Reinräume. Um die Optik zu schützen, gibt es immer mehr versiegelte Laserköpfe in der Industrie.

Die Beschichtungsqualität variiert stark von Produkt zu Produkt. Für eine konstant hohe Qualität ist viel Erfahrung notwendig. Das Testen und die kontinuierliche Verbesserung des Prozesses ist Kernaufgabe von Ophir.

Ophir-Laserlinsen für Faserlasermaschinen zählten zu den besten der Branche, so Aussagen von Kunden. Ebenso wie Schutzfenster zum Schutz der Faserlinsen. Das Angebot der Ophir-Faserlaseroptik umfasst die Marke Fiberlens, ein UV-taugliches Quarzglas, Fokussier- und Kollimatorlinsen sowie UV-taugliche Quarzglas-Schutzgläser, die als Schutzscheiben gegen Fremdkörper benutzt werden, um die Linsen vor Verschmutzungen zu schützen. Die Produktfamilie Fiberlens ist anwendbar für alle Anwendungen im Bereich von 1030 bis 1080 Nanometer, also für Faser- und Scheibenlaser.